CN112158838A - 一种氮氧共掺杂分级多孔碳材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氮氧共掺杂分级多孔碳材料的制备方法及其应用，属于活性碳材料制备领域。本发明以壳聚糖为起始碳源，以聚乙烯吡咯烷酮为掺杂物质，将壳聚糖和聚乙烯吡咯烷酮溶于酸性溶液中，加入一定量的硝酸钾，硝酸镁等无机盐致孔剂，将所得混合溶液冷冻成型，再将其冷冻干燥得到气凝胶，然后将所得气凝胶高温碳化，最后酸洗干燥得到活性碳材料，并将其应用于超级电容器中。本发明所得的多孔活性碳材料比表面积大，且含有氮，氧等杂元素，其制备工艺简单，具有较高的比电容和长的循环使用寿命，可用于超级电容器的电极材料中。
Description
技术领域
本发明属于活性炭材料制备技术领域,具体涉及一种氮氧共掺杂分级多孔碳材料的制备方法及其在超级电容器上的应用。
背景技术
超级电容器是一种介于传统电容器与电池之间的新型储能元件，架起了电池和传统电容器之间的桥梁。超级电容器的高功率密度弥补了电池功率不足的劣势，并且兼具传统电容器的超长循环寿命的特点，因此，超级电容器在储能领域受到越来越广泛的关注。现今，超级电容器的出现已经超过 50 年，在便携式电子设备、混合电力汽车和大规模工业设备中展示出很大的应用潜力并慢慢开始改变人类的生活，已经成为世界各国新型能源储存领域的研究热点之一。但是，超级电容器现在的发展任然受困于能量密度不高的问题，且长时间放电效率依然低于电池。因此，发展高能量密度和高功率密度的超级电容器对改善人类生活和推动能源领域的发展具有重要意义。
碳材料是所有超级电容器电极材料中研究最早、技术最成熟和工业化最成功的材料。至19世纪60年代Beck申请了活性碳作双电层电容器电极材料的相关专利以来，碳基超级电容器至今已有半个多世纪的发展历史。碳材料因其具有巨大的比表面积，热膨胀系数小，优良的导电导热性能，化学稳定性能好，密度低，价格低廉，制备简单方便等一系列优点，广泛应用于双电层超级电容器中。目前应用于超级电容器中的商业炭基电极材料主要包括：碳黑（carbon black）、碳气凝胶、活性碳（Activated carbon）、碳纳米纤维（ACF）、碳纳米管（CNT）、玻璃碳（GC）等。这其中又以碳气凝胶，碳纳米管和活性碳研究的比较深入和广泛。
活性碳材料作为超级电容器的电极材料仍然存在一些自生的缺点，如其孔径分布、孔隙分布、表面性质、表面官能团、杂原子掺杂等对超级电容器性能均有影响。对活性碳材料进行表面改性可有效提高其性能。
针对活性碳材料所存在的问题，本发明提供一种简单的制备含有氮氧杂原子掺杂的具有分级多孔活性碳材料的制备方法，及所制备碳材料在超级电容器上的应用。
发明内容
本发明针对现有的活性碳材料制备中所存在的问题，提供了一种氮氧共掺杂分级多孔碳材料的制备方法，且提出了其在超级电容器上的应用，为制备杂原子掺杂活性碳材料的制备提供了一种新思路。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种氮氧共掺杂分级多孔碳材料的制备方法，包括以下步骤：
(1) 将壳聚糖和聚乙烯吡咯烷酮加入到酸性溶液中加热溶解，得到透明均匀壳聚糖/聚乙烯吡咯烷酮溶液。
(2) 在步骤(1)中所得到的壳聚糖/聚乙烯吡咯烷酮复合溶液中加入硝酸钾、硝酸镁致孔剂后得到均匀溶液。
(3) 将(2)中得到的均匀溶液在-23℃下冷冻8小时成型，然后将其在-48℃，20 Pa条件下冷冻干燥得到混合物气凝胶。
(4) 将(3)中所得的混合气凝胶放入管式炉中并在惰性气体下（氮气或者氩气）下高温处理，待其冷却至室温后用盐酸和无水乙醇反复洗涤至溶液呈中性，干燥后得到所述氮氧共掺杂分级多孔碳材料。
步骤(1)中所述的酸性溶液为盐酸或者醋酸溶液，浓度为1-10 vol%。壳聚糖/聚乙烯吡咯烷酮混合溶液中，壳聚糖和聚乙烯吡咯烷酮的浓度分别为1-5 wt%和1-5 wt%。
步骤(2)中硝酸钾与溶液中壳聚糖的质量比为1:0.5-3，硝酸镁与溶液中壳聚糖的质量比1:2-4。
步骤(4)中所述所得混合物气凝胶在管式炉之中高温热处理的温度为500-700℃，烧结时间为1-4 h。
本发明的有益效果在于：本发明所得到的多孔活性碳材料的比表面积较大可以提高其和电解液的有效接触面积从而提高其电化学性能，且该材料所含有的氮氧杂原子能为其在充放电过程中提供赝电容效应，这两者的协同效应使其在用于超级电容器做电极材料时具有较高的比电容和较长的循环使用寿命。
附图说明
图1为实施例1制备的氮氧共掺杂分级多孔碳材料所组装的超级电容器在1 A g-1下的充放电曲线图；
图2为实施例1制备的氮氧共掺杂分级多孔碳材料组装的超级电容器在不同扫描速率下循环伏安曲线图；
图3为实施例1制备的氮氧共掺杂分级多孔碳材料组装的超级电容器的尼奎斯特曲线；
图4为本发明氮氧共掺杂分级多孔碳材料制备的流程图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不仅仅限于这些实施列。
实施例1
取1 g 壳聚糖，加入5 vol%醋酸溶液中，60℃下加热搅拌溶解，得到壳聚糖溶液。再加入1 g聚乙烯吡咯烷酮，60℃下加热搅拌溶解，得到壳聚糖/聚乙烯吡咯烷酮复合溶液。在壳聚糖/聚乙烯吡咯烷酮复合溶液中加入0.5 g硝酸钾，2.0 g硝酸镁，得到混合均匀溶液。将混合溶液放入低温冰箱中-23℃冷冻8小时成型后，在冷冻干燥机中于-48℃，气压为20 Pa下冻干得到气凝胶，再将得到的气凝胶放入管式炉中，在氮气气氛下600℃高温碳化2 h。将碳化后的粉末加入6 wt%的盐酸溶液中冲洗，再在无水乙醇中清洗至中性，最后在80℃烘箱下干燥至恒重得到氮氧共掺杂分级多孔碳材料。
实施例2
取2 g壳聚糖，取1 g壳聚糖，加入2 vol%醋酸溶液中，60℃下加热搅拌溶解，得到壳聚糖溶液。再加入1 g聚乙烯吡咯烷酮，60 ℃下加热搅拌溶解，得到壳聚糖/聚乙烯吡咯烷酮复合溶液。在壳聚糖/聚乙烯吡咯烷酮复合溶液中加入0.5 g硝酸钾，2.0 g硝酸镁，得到混合均匀溶液。将混合溶液放入低温冰箱中-23℃冷冻8小时成型后，在冷冻干燥机中于-48℃，气压为20 Pa下冻干得到气凝胶，再将得到的气凝胶放入管式炉中，在氩气气氛下600℃高温碳化3 h。将碳化后的粉末加入6 wt%的盐酸溶液中冲洗，再在无水乙醇中清洗至中性，最后在80℃烘箱下干燥至恒重得到氮氧共掺杂分级多孔碳材料。
实施例3
取2 g壳聚糖，加入3 vol%醋酸溶液中，60℃下加热搅拌溶解，得到壳聚糖溶液。再加入3 g聚乙烯吡咯烷酮，60℃下加热搅拌溶解，得到壳聚糖/聚乙烯吡咯烷酮复合溶液。在壳聚糖/聚乙烯吡咯烷酮复合溶液中加入1 g硝酸钾，3 g硝酸镁，得到混合均匀溶液。将混合溶液放入低温冰箱中-23℃冷冻8小时成型后，在冷冻干燥机中于-48℃，气压为20 Pa下冻干得到气凝胶，再将得到的气凝胶放入管式炉中，在氮气气氛下500℃高温碳化4 h。将碳化后的粉末加入6 wt%的盐酸溶液中冲洗，再在无水乙醇中清洗至中性，最后在80 °℃烘箱下干燥至恒重得到氮氧共掺杂分级多孔碳材料。
实施例4
取2 g壳聚糖，加入5 vol%醋酸溶液中，60℃下加热搅拌溶解，得到壳聚糖溶液。再加入1g聚乙烯吡咯烷酮，60℃下加热搅拌溶解，得到壳聚糖/聚乙烯吡咯烷酮复合溶液。在壳聚糖/聚乙烯吡咯烷酮复合溶液中加入1 g硝酸钾，3 g硝酸镁，得到混合均匀溶液。将混合溶液放入低温冰箱中-23℃冷冻8小时成型后，在冷冻干燥机中于-48℃，气压为20 Pa下冻干得到气凝胶，再将得到的气凝胶放入管式炉中，在氩气气氛下700℃高温碳化3 h。将碳化后的粉末加入6 wt%的盐酸溶液中冲洗，再在无水乙醇中清洗至中性，最后在80℃烘箱下干燥至恒重得到氮氧共掺杂分级多孔碳材料。
实施例5
取1 g壳聚糖，加入4 vol%醋酸溶液中，60℃下加热搅拌溶解，得到壳聚糖溶液。再加入2 g聚乙烯吡咯烷酮，60℃下加热搅拌溶解，得到壳聚糖/聚乙烯吡咯烷酮复合溶液。在壳聚糖/聚乙烯吡咯烷酮复合溶液中加入2 g硝酸钾，3 g硝酸镁，得到混合均匀溶液。将混合溶液放入低温冰箱中-23℃冷冻8小时成型后，在冷冻干燥机中于-48℃，气压为20 Pa下冻干得到气凝胶，再将得到的气凝胶放入管式炉中，在氮气气氛下500℃高温碳化4 h。将碳化后的粉末加入6 wt%的盐酸溶液中冲洗，再在无水乙醇中清洗至中性，最后在80℃烘箱下干燥至恒重得到氮氧共掺杂分级多孔碳材料。
应用例
将实施例1中制备的氮氧共掺杂分级多孔碳材料用于电极，组装成超级电容器，并进行电化学测试。将氮氧共掺杂分级多孔碳材料:聚四氟乙烯:乙炔黑按质量比8:1:1充分研磨均匀，再将其涂抹于镍网上，然后在真空烘箱中干燥至恒重。在电化学工作站上进行电化学测试，电化学工作站选用上海辰华CHI660E，测试其循环伏安曲线，恒电流充放电和电化学阻抗，电解质选用6 M的KOH溶液。所得的数据如下：在电流密度为1 A g-1时，比电容为225.5F g-1；其他实施例制备的氮氧共掺杂分级多孔碳材料也用以上相同方法组装成超级电容器并进行电化学测试，所得的比电容如表1所示。
表一 不同实施例所制得的氮氧共掺杂分级多孔碳材料组装的超级电容器的比电容值
图1为本发明实施例1制备的氮氧共掺杂分级多孔碳材料所组装的超级电容器在1 Ag-1下的充放电曲线图；说明了该材料在电流密度为1 A g-1 下电压随时间变化；
图2为本发明实施例1制备的氮氧共掺杂分级多孔碳材料组装的超级电容器在不同扫描速率下循环伏安曲线图；说明了该材料测得曲线形状从低扫描速率（10 mV s-1）到高扫描速率（300 mV s-1）时形状保持完好，表明具有好的速率性能；
图3为本发明实施例1制备的氮氧共掺杂分级多孔碳材料组装的超级电容器的尼奎斯特曲线；说明了该材料具有小的内阻和界面转移电阻。
图4为实施例中样品的制备流程图。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (9)
1.一种氮氧共掺杂分级多孔碳材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1) 将壳聚糖和聚乙烯吡咯烷酮加入到醋酸溶液中加热搅拌溶解，得到均匀混合溶液；
(2) 在步骤(1)得到的壳聚糖/聚乙烯吡咯烷酮混合溶液中加入致孔剂，并将其冷冻成型后，冷冻干燥，得到混合气凝胶；
(3) 将步骤(2)中得到的混合气凝胶加入管式炉中于惰性气体下高温热处理，冷却至室温后用盐酸和无水乙醇反复洗涤至溶液呈中性，干燥后得到多孔活性碳材料。
2.根据权利要求1所述的一种氮氧共掺杂分级多孔碳材料的制备方法,其特征在于:步骤(1)中所述的醋酸溶液,浓度为2-5 vol%;所述的壳聚糖/聚乙烯吡咯烷酮复合溶液中,壳聚糖和聚乙烯吡咯烷酮的浓度分别为1-5 wt%和1-5 wt%。
3.根据权利要求1所述的一种氮氧共掺杂分级多孔碳材料的制备方法,其特征在于:所述致孔剂为硝酸钾和硝酸镁。
4.根据权利要求3所述的一种氮氧共掺杂分级多孔碳材料的制备方法,其特征在于:步骤（2）硝酸钾与溶液中壳聚糖的质量比为1:0.5-3，硝酸镁与溶液中壳聚糖的质量比1:2-4。
5.根据权利要求1所述的一种氮氧共掺杂分级多孔碳材料的制备方法,其特征在于:步骤（2）所述冷冻成型具体是-23℃冷冻8小时成型。
6.根据权利要求1所述的一种氮氧共掺杂分级多孔碳材料的制备方法,其特征在于:步骤（2）所述冷冻干燥具体为在冷冻干燥机中于-48℃，气压为20 Pa下冻干。
7.根据权利要求1所述的一种氮氧共掺杂分级多孔碳材料的制备方法,其特征在于:步骤（3）热处理温度为500-700℃,热处理时间为1-4 h。
8.根据权利要求1所述的一种氮氧共掺杂分级多孔碳材料的制备方法，其特征在于:步骤(3)中,所述惰性气体为氮气或氩气。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的制备方法所制得的氮氧共掺杂分级多孔碳材料的应用，其特征在于：所述的氮氧共掺杂分级多孔碳材料用于超级电容器的电极材料之中。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114156093A (zh) * | 2021-12-09 | 2022-03-08 | 桂林理工大学 | N/o共掺杂的硫化钼@多孔碳复合电极材料及其制备方法和应用 |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110157773A1 (en) * | 2008-08-28 | 2011-06-30 | Zeon Corporation | Electrode for lithium ion capacitor and lithium ion capacitor |
| CN102951636A (zh) * | 2012-11-19 | 2013-03-06 | 大连理工大学 | 氮掺杂壳聚糖基活性炭及其制备方法 |
| CN105251445A (zh) * | 2015-11-04 | 2016-01-20 | 中国科学院化学研究所 | 一种多孔碳吸附剂及其制备方法与应用 |
| CN105977043A (zh) * | 2016-04-07 | 2016-09-28 | 铜陵泰力电子有限公司 | 一种添加改性褐煤的超级电容器电极材料及其制备方法 |
| CN107481864A (zh) * | 2016-06-07 | 2017-12-15 | 中国海洋大学 | 一种以有机物为原料制备高表面、氮氧共掺杂碳材料的方法及在超级电容器的应用 |
| CN108439395A (zh) * | 2018-03-22 | 2018-08-24 | 福州大学 | 一种氮硼共掺杂多孔活性炭材料的制备方法及其应用 |
| CN108622877A (zh) * | 2018-04-09 | 2018-10-09 | 中国矿业大学 | 一种具有多级孔构造的氮掺杂多孔碳材料及其制备方法与应用 |
| CN108975325A (zh) * | 2018-09-11 | 2018-12-11 | 桂林电子科技大学 | 一种三维网状结构的自掺氮多孔碳材料及其制备方法和应用 |
| CN109686583A (zh) * | 2019-01-22 | 2019-04-26 | 齐鲁工业大学 | 一种多孔海绵状壳聚糖基活性炭复合材料的制备方法 |
| CA3098221A1 (en) * | 2018-04-27 | 2019-10-31 | China Petroleum & Chemical Corporation | Polar monomer grafted polypropylene resin, preparation method therefor and application thereof |
| CN110627033A (zh) * | 2018-06-22 | 2019-12-31 | 武汉大学 | 氮、硫共掺杂多级多孔碳复合材料及其制备方法和应用 |
-
2020
- 2020-10-25 CN CN202011151401.9A patent/CN112158838B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110157773A1 (en) * | 2008-08-28 | 2011-06-30 | Zeon Corporation | Electrode for lithium ion capacitor and lithium ion capacitor |
| CN102951636A (zh) * | 2012-11-19 | 2013-03-06 | 大连理工大学 | 氮掺杂壳聚糖基活性炭及其制备方法 |
| CN105251445A (zh) * | 2015-11-04 | 2016-01-20 | 中国科学院化学研究所 | 一种多孔碳吸附剂及其制备方法与应用 |
| CN105977043A (zh) * | 2016-04-07 | 2016-09-28 | 铜陵泰力电子有限公司 | 一种添加改性褐煤的超级电容器电极材料及其制备方法 |
| CN107481864A (zh) * | 2016-06-07 | 2017-12-15 | 中国海洋大学 | 一种以有机物为原料制备高表面、氮氧共掺杂碳材料的方法及在超级电容器的应用 |
| CN108439395A (zh) * | 2018-03-22 | 2018-08-24 | 福州大学 | 一种氮硼共掺杂多孔活性炭材料的制备方法及其应用 |
| CN108622877A (zh) * | 2018-04-09 | 2018-10-09 | 中国矿业大学 | 一种具有多级孔构造的氮掺杂多孔碳材料及其制备方法与应用 |
| CA3098221A1 (en) * | 2018-04-27 | 2019-10-31 | China Petroleum & Chemical Corporation | Polar monomer grafted polypropylene resin, preparation method therefor and application thereof |
| CN110627033A (zh) * | 2018-06-22 | 2019-12-31 | 武汉大学 | 氮、硫共掺杂多级多孔碳复合材料及其制备方法和应用 |
| CN108975325A (zh) * | 2018-09-11 | 2018-12-11 | 桂林电子科技大学 | 一种三维网状结构的自掺氮多孔碳材料及其制备方法和应用 |
| CN109686583A (zh) * | 2019-01-22 | 2019-04-26 | 齐鲁工业大学 | 一种多孔海绵状壳聚糖基活性炭复合材料的制备方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| CHEN, K ET AL: ""Facile synthesis of chitosan derived heteroatoms-doped hierarchical porous carbon for supercapacitors"", 《MICROPOROUS AND MESOPOROUS MATERIALS》 * |
| DUAN, JIAN ET AL: ""Self-wrapped Sb/C nanocomposite as anode material for High-performance sodium-ion batteries"", 《NANO ENERGY》 * |
| LIN, ZHEN ET AL: ""Facile synthesis of chitosan-based carbon with rich porous structure for supercapacitor with enhanced electrochemical performance"", 《JOURNAL OF ELECTROANALYTICAL CHEMISTRY》 * |
| 邹宏黎: ""多级孔碳的合成及其在酸碱电化学电容器中的应用研究"", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)工程科技Ⅰ辑》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114156093A (zh) * | 2021-12-09 | 2022-03-08 | 桂林理工大学 | N/o共掺杂的硫化钼@多孔碳复合电极材料及其制备方法和应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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