CN109065374A - 一种n、f掺杂多孔碳电极的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及N、F掺杂多孔碳电极制备方法，属于超级电容器和新能源材料领域。所述电极制备方法采用聚四氟乙烯(PTFE)作为模板，PTFE耐酸碱腐蚀，富孔隙结构，而且在高温碳化后可以一步去除，模板残留量很少，可有效改善模板法制备多孔碳材料的模板去除问题，同时还可充当F源，对碳材料进行F掺杂。此模板易于得到，制备工艺简单，条件温和。所述制备方法使用聚苯胺作为碳的前驱体，聚苯胺中含有N基团，可以有效增加多孔碳电极的赝电容。碳前驱体在碳化后用KOH进行活化，形成多孔结构。所述制备方法制备的电极材料比表面积大，孔结构可调，实验证明有很好的电化学性能。同时，制备工艺简单方便、原材料容易获得、适于规模化生产。
Description
技术领域：
本发明涉及超级电容器和新能源材料领域，具体涉及一种模板法制备超级电容器N、F 掺杂多孔碳电极制备方法。
背景技术：
多孔碳材料由于具有较高的比电容和良好的倍率特性，并且来源丰富，比表面积大，孔结构在适当的条件下可控，是目前广泛研究的超级电容器电极材料。随着多孔碳材料的不断发展,其对结构、应用等方面的要求越来越高。为了支持和促进这一发展，进一步提高超级电容器功率密度和储能密度，需要制备高性能电极材料的研究。在碳材料中掺入杂原子(N， S，P，B等)，可以改变是有效改善碳材料的电化学性能的方法。通过元素单掺或多掺，改变活性碳材料表面化学性质，或者引入赝电容，增加电极材料的比电容。尤其在元素多掺杂时，元素之间的协同作用，使电极电化学性能进一步提高。
一般来说，多孔碳材料的微孔结构与分布取决于制备方法和活化剂，现在常用的多孔碳材料制备方法有模板法、化学活化法和物理活化法。模板法制备多孔碳是比较常用的一种方法，其特点是不管是在液相中或是气相中发生的化学反应，反应都是在有效控制的区域内进行。但是，它的缺点也比较突出。模板法制备多孔碳材料存在模板去除问题，有时候模板不能去除完全。模板的选择可以有效的改变多孔碳材料的多孔结构。常用的模板有二氧化硅、沸石等。
发明内容：
鉴于上述模板法的不足之处，本发明的目的在于提供一种模板，进行模板法制备N、F掺杂多孔碳材料。本发明提出采用聚四氟乙烯(PTFE)作为模板，PTFE耐酸碱腐蚀，富孔隙结构，而且在高温碳化后可以一步去除，模板残留量很少，可以有效改善模板去除问题。同时模板还充当F源，在制备过程中对碳材料进行F掺杂。此模板易于得到，制备工艺简单，条件温和。改变制备过程中改变一些实验参数，如活化温度、模板质量、活化剂质量等来改善多孔碳材料的孔径分布和表面特性，以进一步提高比电容。所制备的N、 F掺杂多孔碳材料比表面积大，孔径可调节，且电化学性能优越。本发明包括如下步骤：首先取一定量PTFE微粉于烧杯中，加入HCL搅拌，再加入苯胺，搅拌一定时间，之后称取过硫酸铵溶于HCL溶液中，逐滴加入到上述溶液中，再搅拌；抽滤上述溶液，真空干燥12h左右；在管式气氛炉中氮气气氛下煅烧2h；取煅烧产物(碳化物)和一定量KOH加入去离子水中，搅拌1h，在不同活化温度下活化。取出样品，冷却后得到N、F掺杂多孔碳。
本发明的意义：所述发明提供一种可以大规模制备N、F掺杂多孔碳电极的模板法制备方法，所提供模板在高温碳化后可以一步去除，模板残留量很少，可以有效改善模板去除问题，同时提供F源，有望在超级电容器和新能源材料领域实现大规模使用。
附图说明：
图1为碳化温度为800℃时的XPS测试图；
图2为不同碳化温度条件下多孔碳材料恒电流充放电曲线和循环伏安曲线。
具体实施方式：
实施例1：
首先取一定量PTFE微粉于烧杯中，加入100ml 1M HCL液搅拌1h，再加入1g 苯胺，搅拌30min，之后称取1.25g过硫酸铵溶于50ml 1M HCL溶液中。抽滤上述溶液(墨绿色)，得到墨绿色固体，真空干燥12h左右；在管式气氛炉中氮气气氛下800℃煅烧2h；取0.3g煅烧产物(碳化物)和0.9gKOH加入40ml去离子水中，搅拌1h，干燥活化。取出样品，冷却后得到N、F掺杂多孔碳。所制备的多孔碳具有较大的比表面积和孔容。XPS测试图如图1所示。恒电流充放电和循环伏安曲线如图2所示。
实施例2：
本实施例和实施例1基本相同，所不同的是碳化温度改变到900℃。所制备材料恒电流充放电和循环伏安曲线如图2所示。
实施例3：
本实施例和实施例1基本相同，所不同的是碳化温度改变到600℃。所制备材料的恒电流充放电和循环伏安曲线如图2所示。
实施例4：
本实施例和实施例1基本相同，所不同的是碳化温度改变到700℃。所制备材料的恒电流充放电和循环伏安曲线如图2所示。
本发明不限于以上实例，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、替代，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种制备过程简单的多孔碳电极材料制备方法，其特征在于：所述电极制备方法为利用聚四氟乙烯(PTFE)为模板并提供F源，加入聚苯胺提供N源，利用KOH将材料活化，制备N、F掺杂多孔碳材料。
2.根据权利要求1所述的一种多孔碳电极制备方法，其特征在于：所述电极制备方法为模板法制备，采用的模板为PTFE。
3.根据权利要求1和2所述的一种多孔碳电极制备方法，其特征在于PTFE的量的比例为10％-90％。
4.根据权利要求1所述的一种多孔碳电极制备方法，其特征在于苯胺的量为10％-90％。
5.根据权利要求1所述的一种多孔碳电极制备方法，其煅烧过程是在管式气氛炉中氮气气氛下煅烧700-1000oC。
6.根据权利要求1所述的一种多孔碳电极制备方法，将煅烧产物和KOH按照1：(1-1)0倍比例加入去离子水中。
7.根据权利要求1-6任一项的电极制备方法用于多孔碳电极材料制备中。
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