[發明專利]一種基于植酸調節氮摻雜碳結構的方法及其應用

有效

• 申請號: 202110660365.7
• 申請日: 2021-06-15
• 公開（公告）號: CN113501511B
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發明（設計）人: 劉智斌;馬良;黎晉良;麥文杰;李志斌;計瑩瑩;雷航
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;H01M4/587;H01M10/054
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 饒周全

本發明屬于能源儲能技術領域，具體公開了一種基于植酸調節氮摻雜碳結構的方法及其應用。所述基于植酸調節氮摻雜碳結構的方法，包括以下步驟：將多孔碳前驅體水溶液與植酸溶液混合，并加入聚乙烯吡咯烷酮和氮源進行水熱反應；反應完成后將所得產物冷凍干燥，再進行熱處理，得到氮摻雜多孔碳。本發明通過控制植酸的量可實現氮摻雜多孔碳中的氮結構，尤其是顯著提升吡咯氮與吡啶氮的含量，最終實現其在鈉離子電池或鉀離子電池中的電化學性能。同時，本發明制備方法簡單、條件溫和、成本低廉，易于實現工業規模化應用。

技術領域

本發明屬于能源儲能技術領域，特別涉及一種基于植酸調節氮摻雜碳結構?的方法及其應用。

背景技術

由于高能量密度和高轉換效率，鋰離子電池在便攜式電子設備中占據了大?多數儲能系統的主導地位。隨著綠色能源的快速發展，迫切需要大規模儲能系?統的進一步發展。然而，鋰資源的短缺極大地限制了鋰離子電池在大規模儲能?領域的進一步應用。有必要進一步發展低成本的替代儲能技術。與鋰離子電池?相比，由于地殼中鈉與鉀資源豐富且電極電位低，鈉離子電池與鉀離子電池逐?漸進入了科學家的視野。被認為是替代大型儲能系統中鋰離子電池的最有前途?的替代品之一。然而，由于鈉/鉀離子半徑大，開發合適的鈉/鉀離子存儲負極?材料仍然是一個重大挑戰。

近年來，人們在開發用于鉀離子電池的負極材料方面進行了廣泛的努力，?包括碳質材料、金屬、氧化物和硫化物。考慮到經濟性和可持續性，碳質材料?被認為是鈉/鉀離子電池負極的首選。在所有碳質材料中，石墨(鋰離子電池?中的常規負極材料)首先被研究。結果證明，石墨具有很高的鉀離子存儲比容?量。然而，鈉/鉀離子電池中石墨的這種高性能僅存在于極低的電流密度下，?嚴重限制了其進一步的實際應用。為了解決這個問題，科學家們開始探索用于?鈉/鉀離子電池的非石墨碳材料。作為非石墨碳材料之一，多孔結構由于其天?然的“偽石墨”結構而逐漸受到關注。此外，內層嵌入和近表面吸收的雙重存?儲機制也加速了硬碳用于鈉/鉀離子存儲的動力學過程，有利于其更好的性?能。到目前為止，已經報道了大量涉及用于鈉/鉀離子存儲的硬碳的工作。但?是，上述多孔碳的性能在鈉/鉀離子電池中依舊不能滿足當前的需求，更高性?能的碳基負極材料繼續進行進一步的研究。目前的一個方法是引入氮源對多孔?碳進行摻雜，但是常規的氮摻雜僅能有限提升電極材料在鈉/鉀離子電池中的?電化學性能。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點與不足，本發明的首要目的在于提供一種基?于植酸調節氮摻雜碳結構的方法。

本發明另一目的在于提供上述方法制備得到的一種氮摻雜多孔碳。

本發明再一目的在于提供上述氮摻雜多孔碳在制備離子電池電極材料中?的應用。

本發明的目的通過下述方案實現：

一種基于植酸調節氮摻雜碳結構的方法，包括以下步驟：

將多孔碳前驅體水溶液與植酸溶液混合，并加入聚乙烯吡咯烷酮和氮源進?行水熱反應；反應完成后將所得產物冷凍干燥，再進行熱處理，得到氮摻雜多?孔碳。

所述多孔碳前驅體為氧化石墨烯、纖維素、葡萄糖和乳糖等中的至少一種；

所述多孔碳前驅體水溶液的濃度為2mg/mL～100mg/mL。

所述植酸溶液與多孔碳前驅體水溶液的體積比為2～10：100。

所述植酸溶液的濃度為50wt％～80wt％，優選為70wt％。

所述氮源為三聚氰胺、尿素、氨水和氯化銨中的至少一種。

所述氮源在多孔碳前驅體水溶液中的質量濃度為2％～12％，優選為?2％～10％。

所述聚乙烯吡咯烷酮與三聚氰胺的比為80～500mg：10～40mmol，優選為?100～400mg：10～40mmol。