CN109961965A - 一种用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法 - Google Patents
一种用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109961965A CN109961965A CN201711403276.4A CN201711403276A CN109961965A CN 109961965 A CN109961965 A CN 109961965A CN 201711403276 A CN201711403276 A CN 201711403276A CN 109961965 A CN109961965 A CN 109961965A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nitrogen
- porous carbon
- carbon material
- doped porous
- preparation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 title claims abstract description 54
- 239000000126 substance Substances 0.000 title claims abstract description 45
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims abstract description 43
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 32
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 50
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 33
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 32
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 30
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims abstract description 17
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims abstract description 16
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 13
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000008247 solid mixture Substances 0.000 claims abstract description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 11
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims abstract description 4
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims abstract description 4
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims abstract 3
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims abstract 3
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 24
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 14
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 9
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 7
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 6
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 5
- 238000013019 agitation Methods 0.000 claims description 5
- 238000010828 elution Methods 0.000 claims description 5
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 claims description 5
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 5
- WZCQRUWWHSTZEM-UHFFFAOYSA-N 1,3-phenylenediamine Chemical compound NC1=CC=CC(N)=C1 WZCQRUWWHSTZEM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 4
- 229940018564 m-phenylenediamine Drugs 0.000 claims description 4
- UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N thiourea Chemical compound NC(N)=S UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- CBCKQZAAMUWICA-UHFFFAOYSA-N 1,4-phenylenediamine Chemical compound NC1=CC=C(N)C=C1 CBCKQZAAMUWICA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 claims description 3
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 claims description 3
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N Sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 claims description 3
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 claims description 3
- JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N melamine Chemical compound NC1=NC(N)=NC(N)=N1 JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000008107 starch Substances 0.000 claims description 3
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 claims description 3
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims description 2
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 2
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 claims description 2
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 claims description 2
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims description 2
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 claims description 2
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 claims description 2
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims description 2
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 claims description 2
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 2
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 abstract description 13
- 238000002156 mixing Methods 0.000 abstract description 8
- 238000005406 washing Methods 0.000 abstract description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 5
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 239000007833 carbon precursor Substances 0.000 abstract 1
- 238000004729 solvothermal method Methods 0.000 abstract 1
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 abstract 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 239000000047 product Substances 0.000 description 7
- 239000011232 storage material Substances 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 4
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 3
- 238000002242 deionisation method Methods 0.000 description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007605 air drying Methods 0.000 description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 2
- 210000003850 cellular structure Anatomy 0.000 description 2
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 2
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 239000004966 Carbon aerogel Substances 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000002322 conducting polymer Substances 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000007580 dry-mixing Methods 0.000 description 1
- 239000011263 electroactive material Substances 0.000 description 1
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 1
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 1
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical compound FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/26—Electrodes characterised by their structure, e.g. multi-layered, porosity or surface features
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/32—Carbon-based
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/84—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
- H01G11/86—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof specially adapted for electrodes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明涉及一种用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法。本发明属于化学电源技术领域。用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法：(1)将生物质碳、含氮有机小分子、氧化石墨烯混合，溶于去离子水或去离子水/有机溶剂混合体系超声搅拌均匀；转移至聚四氟乙烯反应釜中，进行溶剂热反应；(2)氮掺杂多孔碳前驱体与氢氧化钾混合并溶解于去离子水中，超声分散，加热搅拌至溶剂去离子水蒸发后得到均匀分散的固体混合物；(3)固体混合物置于管式炉中在氩气保护下经高温活化处理后，盐酸洗涤，去离子水洗，烘干得到氮掺杂多孔碳材料。本发明具有工艺简单，操作方便，获得新型氮掺杂多孔碳材料，实现了良好的储能性能等优点。
Description
技术领域
本发明属于化学电源技术领域，特别是涉及一种用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法。
背景技术
目前，化学电容器是化学电源的重要分支，与传统化学电池相比，化学电容器具有更高的功率密度、更长的循环寿命且安全性能更好。与传统化学电池的化学相变储能原理相比，化学电容器则是基于双电层电荷存储和氧化还原赝电容原理完成能量的存储，这一储能机制有利于获得大幅提升的功率密度，因此化学电容器在各类军民储能技术领域都有者极大的应用前景。
电极储能材料是化学电容器的核心，化学电容器常用的电极储能材料可以根据储能机制分为双电层电容储能材料和赝电容储能材料。双电层电容材料主要由具有高比表面积的碳材料组成，这类碳材料主要是以经过活性炭、活性碳纤维、碳气凝胶、石墨烯、介孔碳等；赝电容材料主要包括两大类一类是过渡金属氧化物，这类电活性物质在充电时电解液中的离子由溶液中扩散到电极溶液界面，而后通过界面电化学反应进入到电极表面活性氧化物的体相中，当放电时这些进入氧化物中的离子又会重新返回到电解液中，同时所存储的电荷通过外电路而释放出来。另一类是导电聚合物如聚苯胺，聚吡咯等，通过充放电过程中的氧化还原反应在聚合物膜上快速产生型或型掺杂从而使聚合物储存很高密度的电荷，产生较高的赝电容。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法。
本发明的目的是提供一种工艺简单，操作方便，获得新型氮掺杂多孔碳材料，实现了良好的储能性能等特点的用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法。
与赝电容材料相比，以碳材料为代表的双电层电容储能材料具有更好的循环稳定性，因此是现有化学电容器研究的重点。而提高碳材料电容储能材料的储能特性则需要依靠提升碳材料的比表面积、导电性以及设计合适的微观孔道结构。因此，本发明以生物质碳源为基础，通过引入有机小分子氮源和具有导电网络骨架支撑作用的石墨烯，制备获得新型氮掺杂多孔碳材料，同时利用该材料进行了用于化学电容器对称电池和锂离子电容器半电池性能测试分析，均实现了良好的储能性能。
本发明用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法，实现过程：
(1)将生物质碳、含氮有机小分子、氧化石墨烯按比例混合，溶于去离子水或去离子水/有机溶剂混合体系超声搅拌均匀，形成前驱体混合溶液；将前驱体混合溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中，在一定温度下溶剂热反应若干小时，形成氮掺杂多孔碳前驱体；
(2)将氮掺杂多孔碳前驱体与氢氧化钾按一定比例混合并溶解于去离子水中，超声分散，加热搅拌至溶剂去离子水全部蒸发后得到均匀分散的固体混合物；
(3)将所得到的固体混合物置于管式炉中在氩气保护下经一定时间、一定温度下的高温活化处理后，盐酸洗涤，去离子水洗并置于烘箱中烘干，得到氮掺杂多孔碳材料。
本发明用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法所采取的技术方案是：
一种用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法，其特征是：用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法包括以下工艺过程：
(1)将生物质碳、含氮有机小分子、氧化石墨烯混合，溶于去离子水或去离子水/有机溶剂混合体系超声搅拌均匀，形成前驱体混合溶液；将前驱体混合溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中，进行溶剂热反应，形成氮掺杂多孔碳前驱体；
(2)氮掺杂多孔碳前驱体与氢氧化钾混合并溶解于去离子水中，超声分散，加热搅拌至溶剂去离子水蒸发后得到均匀分散的固体混合物；
(3)固体混合物置于管式炉中，在氩气保护下经高温活化处理后，盐酸洗涤，去离子水洗，烘干得到氮掺杂多孔碳材料。
本发明用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法还可以采用如下技术方案：
所述的用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法，其特点是：生物质碳选择小分子碳基化合物，为葡萄糖、蔗糖、淀粉、纤维素、聚乙烯醇中的一种或多种组合。
所述的用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法，其特点是：含氮有机小分子为三聚氰胺、对苯二胺、间苯二胺、尿素、硫脲中的一种或多种组合。
所述的用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法，其特点是：生物质碳、含氮有机小分子、氧化石墨烯的质量比例为，生物质碳和含氮有机小分子的比例范围从1:1到20:1；生物质碳和氧化石墨烯的比例范围从5:1到100:1。
所述的用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法，其特点是：有机溶剂为乙醇、乙二醇、异丙醇、丙三醇、正丁醇等醇类有机分子中的一种或多种组合。
所述的用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法，其特点是：氮掺杂多孔碳前驱体与氢氧化钾的质量比例范围从1:1到1:6。
所述的用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法，其特点是：溶剂热反应温度范围为150－200℃；高温活化处理温度范围为700－900℃。
所述的用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法，其特点是：溶剂热反应时间为12－36小时；高温活化处理时间为0.5－6小时。
本发明具有的优点和积极效果是：
用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法由于采用了本发明全新的技术方案，与现有技术相比，本发明通过优化调整反应原料中生物质碳、含氮有机小分子、氧化石墨烯的种类和比例，调节所制备氮掺杂多孔碳材料的氮元素含量和导电网络骨架结构，提升材料的导电性能，促进电解质盐离子在材料表面的迁移速度；通过改变高温处理温度、氢氧化钾用量实现对氮掺杂多孔碳材料孔道结构和微观形貌的控制，获得了作为对称电容器具有较高能量密度氮掺杂多孔碳材料的制备方法。
附图说明
图1为本发明实施例1中得到的氮掺杂多孔碳材料的扫描电子显微镜图；
图2为本发明实施例1中得到的氮掺杂多孔碳材料的充放电曲线图；
图3为本发明实施例2中得到的氮掺杂多孔碳材料的扫描电子显微镜图；
图4为本发明实施例2中得到的氮掺杂多孔碳材料的倍率放电性能图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
参阅附图1至图4。
实施例1
一种用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法，包括以下工艺过程：
1.将生物质碳、含氮有机小分子、氧化石墨烯混合，溶于去离子水或去离子水/有机溶剂混合体系超声搅拌均匀，形成前驱体混合溶液；将前驱体混合溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中，进行溶剂热反应,形成氮掺杂多孔碳前驱体；
2.氮掺杂多孔碳前驱体与氢氧化钾混合并溶解于去离子水中，超声分散，加热搅拌至溶剂去离子水蒸发后得到均匀分散的固体混合物；
3.固体混合物置于管式炉中在氩气保护下经高温活化处理后，盐酸洗涤，去离子水洗，烘干得到氮掺杂多孔碳材料。
本实施例具体实施过程：
取3g三聚氰胺、15g蔗糖、0.5g氧化石墨烯，加入100mL去离子水，超声分散4h，混合搅拌形成均匀的混合溶液。然后将混合液转移到100mL的水热反应釜中，加热到180℃，在该温度下持续16h。随后冷却至室温，取出棕黑色溶剂热反应产物。将其过滤并用去离子水洗涤5次，在鼓风干燥箱中80℃鼓风干燥72h。取5g干燥后的氮掺杂多孔碳前驱体与10g的KOH混合，置于管式炉中，通入高纯Ar气作为惰性保护气体，由室温加热到800℃，并在该温度下保持1h，梯度升温速率为5℃/min。随后待管式炉冷却至室温后取出高温活化处理的产物，分别用0.1M HCl和去离子水将该高温活化处理产物洗涤直至pH值为中性。最后将该活化产物置于真空干燥箱中120℃真空干燥72h，得到最终的氮掺杂多孔碳材料产物。
实施例2
一种用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法，包括以下工艺过程：
1.将生物质碳、含氮有机小分子、氧化石墨烯混合，溶于去离子水或去离子水/有机溶剂混合体系超声搅拌均匀，形成前驱体混合溶液；将前驱体混合溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中，进行溶剂热反应,形成氮掺杂多孔碳前驱体；
2.氮掺杂多孔碳前驱体与氢氧化钾混合并溶解于去离子水中，超声分散，加热搅拌至溶剂去离子水蒸发后得到均匀分散的固体混合物；
3.固体混合物置于管式炉中在氩气保护下经高温活化处理后，盐酸洗涤，去离子水洗，烘干得到氮掺杂多孔碳材料。
本实施例具体实施过程：
取2g对苯二胺、20g淀粉、1g氧化石墨烯，加入50mL去离子水和50mL乙醇，超声分散4h，混合搅拌形成均匀的混合溶液。然后将混合液转移到100mL的水热反应釜中，加热到190℃，在该温度下持续24h。随后冷却至室温，取出棕黑色溶剂热反应产物。将其过滤并用去离子水洗涤5次，在鼓风干燥箱中80℃鼓风干燥72h。取5g干燥后的氮掺杂多孔碳前驱体与20g的KOH混合，置于管式炉中，通入高纯Ar气作为惰性保护气体，由室温加热到900℃，并在该温度下保持3h，梯度升温速率为5℃/min。随后待管式炉冷却至室温后取出高温活化处理的产物，分别用0.1M HCl和去离子水将该高温活化处理产物洗涤直至pH值为中性。最后将该活化产物置于真空干燥箱中120℃真空干燥72h，得到最终的氮掺杂多孔碳材料产物。
本实施例以生物质碳源为基础，通过引入有机小分子氮源和具有导电网络骨架支撑作用的石墨烯，制备获得新型氮掺杂多孔碳材料，同时利用该材料进行了用于化学电容器对称电池和锂离子电容器半电池性能测试分析，均实现了良好的储能性能等积极效果。
Claims (8)
1.一种用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法，其特征是：用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法包括以下工艺过程：
(1)将生物质碳、含氮有机小分子、氧化石墨烯混合，溶于去离子水或去离子水/有机溶剂混合体系超声搅拌均匀，形成前驱体混合溶液；将前驱体混合溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中，进行溶剂热反应，形成氮掺杂多孔碳前驱体；
(2)氮掺杂多孔碳前驱体与氢氧化钾混合并溶解于去离子水中，超声分散，加热搅拌至溶剂去离子水蒸发后得到均匀分散的固体混合物；
(3)固体混合物置于管式炉中，在氩气保护下经高温活化处理后，盐酸洗涤，去离子水洗，烘干得到氮掺杂多孔碳材料。
2.根据权利要求1所述的用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法，其特征是：生物质碳选择小分子碳基化合物，为葡萄糖、蔗糖、淀粉、纤维素、聚乙烯醇中的一种或多种组合。
3.根据权利要求1所述的用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法，其特征是：含氮有机小分子为三聚氰胺、对苯二胺、间苯二胺、尿素、硫脲中的一种或多种组合。
4.根据权利要求1、2或3所述的用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法，其特征是：生物质碳、含氮有机小分子、氧化石墨烯的质量比例为，生物质碳和含氮有机小分子的比例范围从1:1到20:1；生物质碳和氧化石墨烯的比例范围从5:1到100:1。
5.根据权利要求1所述的用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法，其特征是：有机溶剂为乙醇、乙二醇、异丙醇、丙三醇、正丁醇等醇类有机分子中的一种或多种组合。
6.根据权利要求1所述的用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法，其特征是：氮掺杂多孔碳前驱体与氢氧化钾的质量比例范围从1:1到1:6。
7.根据权利要求1所述的用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法，其特征是：溶剂热反应温度范围为150－200℃；高温活化处理温度范围为700－900℃。
8.根据权利要求1所述的用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法，其特征是：溶剂热反应时间为12－36小时；高温活化处理时间为0.5－6小时。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711403276.4A CN109961965A (zh) | 2017-12-22 | 2017-12-22 | 一种用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711403276.4A CN109961965A (zh) | 2017-12-22 | 2017-12-22 | 一种用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109961965A true CN109961965A (zh) | 2019-07-02 |
Family
ID=67019240
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711403276.4A Pending CN109961965A (zh) | 2017-12-22 | 2017-12-22 | 一种用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109961965A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111530409A (zh) * | 2020-05-12 | 2020-08-14 | 湖南垚恒环境科技有限公司 | 一种沸石咪唑骨架材料衍生的氮掺杂多孔碳材料及其制备方法 |
| CN113122878A (zh) * | 2021-04-16 | 2021-07-16 | 陕西科技大学 | 一种氮掺杂碳复合石墨烯包覆金属钴催化剂、制备方法及应用 |
| CN114890403A (zh) * | 2022-05-05 | 2022-08-12 | 温州大学 | 一种氮掺杂聚合物衍生碳材料及其在钠离子电池中的应用 |
| CN115116756A (zh) * | 2022-07-15 | 2022-09-27 | 东华理工大学 | 一种基于高温活化法的蜂窝多孔碳的制备方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2687483A1 (en) * | 2012-07-16 | 2014-01-22 | Basf Se | Graphene containing nitrogen and optionally iron and/or cobalt |
| WO2015015386A1 (en) * | 2013-08-01 | 2015-02-05 | Basf Se | Two-dimensional graphene-based porous polymer and the preparation thereof |
| CN104689857A (zh) * | 2015-03-26 | 2015-06-10 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 氮掺杂多孔碳材料的制备方法以及含该材料的催化剂及用途 |
| CN105642328A (zh) * | 2014-11-11 | 2016-06-08 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种氮掺杂石墨烯作催化剂用电氧化法除so2的应用 |
| CN106299298A (zh) * | 2016-09-21 | 2017-01-04 | 深圳市沃特玛电池有限公司 | 一种硫/多孔碳复合正极材料的制备方法 |
| CN106395803A (zh) * | 2016-09-09 | 2017-02-15 | 福州大学 | 氮掺杂石墨烯的生物质辅助制备方法及应用 |
| CN106865540A (zh) * | 2017-03-24 | 2017-06-20 | 桂林电子科技大学 | 一种氮掺杂多孔结构碳材料及其制备方法和应用 |
-
2017
- 2017-12-22 CN CN201711403276.4A patent/CN109961965A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2687483A1 (en) * | 2012-07-16 | 2014-01-22 | Basf Se | Graphene containing nitrogen and optionally iron and/or cobalt |
| WO2015015386A1 (en) * | 2013-08-01 | 2015-02-05 | Basf Se | Two-dimensional graphene-based porous polymer and the preparation thereof |
| CN105642328A (zh) * | 2014-11-11 | 2016-06-08 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种氮掺杂石墨烯作催化剂用电氧化法除so2的应用 |
| CN104689857A (zh) * | 2015-03-26 | 2015-06-10 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 氮掺杂多孔碳材料的制备方法以及含该材料的催化剂及用途 |
| CN106395803A (zh) * | 2016-09-09 | 2017-02-15 | 福州大学 | 氮掺杂石墨烯的生物质辅助制备方法及应用 |
| CN106299298A (zh) * | 2016-09-21 | 2017-01-04 | 深圳市沃特玛电池有限公司 | 一种硫/多孔碳复合正极材料的制备方法 |
| CN106865540A (zh) * | 2017-03-24 | 2017-06-20 | 桂林电子科技大学 | 一种氮掺杂多孔结构碳材料及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 新型: "《 新疆理化所利用棉花短绒制备出超高比表面积氮掺杂多孔碳材料》", 《化工新型材料》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111530409A (zh) * | 2020-05-12 | 2020-08-14 | 湖南垚恒环境科技有限公司 | 一种沸石咪唑骨架材料衍生的氮掺杂多孔碳材料及其制备方法 |
| CN113122878A (zh) * | 2021-04-16 | 2021-07-16 | 陕西科技大学 | 一种氮掺杂碳复合石墨烯包覆金属钴催化剂、制备方法及应用 |
| CN114890403A (zh) * | 2022-05-05 | 2022-08-12 | 温州大学 | 一种氮掺杂聚合物衍生碳材料及其在钠离子电池中的应用 |
| CN115116756A (zh) * | 2022-07-15 | 2022-09-27 | 东华理工大学 | 一种基于高温活化法的蜂窝多孔碳的制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105253871B (zh) | 超级电容器用含氮碳材料及其制备方法、超级电容器电极材料 | |
| CN109961965A (zh) | 一种用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法 | |
| CN110330016A (zh) | 一种无烟煤基多孔碳石墨微晶和孔隙的一步协同发展方法 | |
| CN106082162B (zh) | 一种超级电容器含氮多孔碳材料的制备方法 | |
| CN110921721B (zh) | 一种基于金属有机框架衍生的双金属氢氧化物的制备及应用 | |
| CN106207187A (zh) | 氢氧化物与泡沫镍复合材料及其制备方法 | |
| CN108166103B (zh) | 一种利用几丁质为碳源制备氮掺杂非晶碳纳米纤维的工艺及其在能源储存中的应用 | |
| CN103824705A (zh) | 一种水系非对称超级电容器的制备方法 | |
| CN109786711B (zh) | 一种多孔碳骨架包覆锡复合电极材料的制备方法 | |
| CN112382514A (zh) | 一种全固态柔性超级电容器用NiCo2O4@Ni-Co LDH复合电极的制备方法 | |
| CN106486296A (zh) | 一种氮/镍/钴共掺杂石墨毡电极材料的制备方法 | |
| CN105336964A (zh) | 一种氮掺杂碳纳米管/氮化碳复合材料的制备方法及应用 | |
| CN104979568A (zh) | 一种燃料电池阴极催化剂及其制备方法 | |
| CN111725489B (zh) | 一种元素掺杂的导电复合碳化材料及其制备方法和应用 | |
| CN108492996A (zh) | 一种氟、氮共掺杂的类石墨烯片层材料的制备方法 | |
| CN112349909A (zh) | 一种锌离子电池正极复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN112701268A (zh) | 柔性一体化碳包覆氧化钨/碳纳米管薄膜复合电极及其制备方法 | |
| CN104393275A (zh) | 一种碳包覆钛酸锂电池材料的制备方法 | |
| CN108910880A (zh) | 用于超级电容器的多孔层状活性炭材料及其制备方法 | |
| CN106098407A (zh) | 一种利用食用菌培养基废弃物制备超级电容器多孔碳电极材料的方法 | |
| CN104058385B (zh) | 一种盐重结晶固形制备功能性碳材料的方法 | |
| CN102969164A (zh) | 钴-铋复合氧化物的制备及其在制备超级电容器电极中的应用 | |
| CN105024050A (zh) | 一种用于钠离子电池的硒化铋/碳纳米纤维负极复合材料及其制备方法 | |
| CN107275627A (zh) | Mn掺杂CuS中空多孔分级纳米球电极材料及其制备方法和应用 | |
| CN110767465A (zh) | 一种基于二维碳化铌纳米复合材料超级电容器的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20190702 |