CN113683074A - 一种杂原子掺杂的多孔碳材料及其制备方法和应用 - Google Patents
一种杂原子掺杂的多孔碳材料及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113683074A CN113683074A CN202111070006.2A CN202111070006A CN113683074A CN 113683074 A CN113683074 A CN 113683074A CN 202111070006 A CN202111070006 A CN 202111070006A CN 113683074 A CN113683074 A CN 113683074A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon material
- porous carbon
- succinate
- speed
- heteroatom
- 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.)
- Granted
Links
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 title claims abstract description 80
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims abstract description 55
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 45
- KDYFGRWQOYBRFD-UHFFFAOYSA-L succinate(2-) Chemical compound [O-]C(=O)CCC([O-])=O KDYFGRWQOYBRFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 42
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 34
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 19
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 18
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 13
- ZCCIPPOKBCJFDN-UHFFFAOYSA-N calcium nitrate Chemical compound [Ca+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O ZCCIPPOKBCJFDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N copper(II) nitrate Chemical compound [Cu+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 4
- 229940080258 tetrasodium iminodisuccinate Drugs 0.000 claims description 4
- GYBINGQBXROMRS-UHFFFAOYSA-J tetrasodium;2-(1,2-dicarboxylatoethylamino)butanedioate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[O-]C(=O)CC(C([O-])=O)NC(C([O-])=O)CC([O-])=O GYBINGQBXROMRS-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims description 4
- CDOUZKKFHVEKRI-UHFFFAOYSA-N 3-bromo-n-[(prop-2-enoylamino)methyl]propanamide Chemical compound BrCCC(=O)NCNC(=O)C=C CDOUZKKFHVEKRI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910021580 Cobalt(II) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 235000019329 dioctyl sodium sulphosuccinate Nutrition 0.000 claims description 3
- JMGZBMRVDHKMKB-UHFFFAOYSA-L disodium;2-sulfobutanedioate Chemical compound [Na+].[Na+].OS(=O)(=O)C(C([O-])=O)CC([O-])=O JMGZBMRVDHKMKB-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 229940048081 trisodium ethylenediamine disuccinate Drugs 0.000 claims description 3
- QEHXDDFROMGLSP-VDBFCSKJSA-K trisodium;(2s)-2-[2-[[(1s)-1-carboxy-2-carboxylatoethyl]amino]ethylamino]butanedioate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].OC(=O)C[C@@H](C([O-])=O)NCCN[C@H](C([O-])=O)CC([O-])=O QEHXDDFROMGLSP-VDBFCSKJSA-K 0.000 claims description 3
- 229910002492 Ce(NO3)3·6H2O Inorganic materials 0.000 claims description 2
- -1 disodium octadecenol sulfosuccinate Chemical compound 0.000 claims description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 2
- KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N nickel(II) nitrate Inorganic materials [Ni+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 abstract description 3
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 19
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 17
- 239000013522 chelant Substances 0.000 description 16
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 13
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 3
- 150000003890 succinate salts Chemical class 0.000 description 3
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000026 X-ray photoelectron spectrum Methods 0.000 description 2
- YUWBVKYVJWNVLE-UHFFFAOYSA-N [N].[P] Chemical compound [N].[P] YUWBVKYVJWNVLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 2
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 108010064470 polyaspartate Proteins 0.000 description 2
- JEGNXMUWVCVSSQ-ISLYRVAYSA-N (e)-octadec-1-en-1-ol Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCC\C=C\O JEGNXMUWVCVSSQ-ISLYRVAYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- XMLQWXUVTXCDDL-UHFFFAOYSA-N oleyl alcohol Natural products CCCCCCC=CCCCCCCCCCCO XMLQWXUVTXCDDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004437 phosphorous atom Chemical group 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/05—Preparation or purification of carbon not covered by groups C01B32/15, C01B32/20, C01B32/25, C01B32/30
-
- 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
- H01G11/24—Electrodes characterised by structural features of the materials making up or comprised in the electrodes, e.g. form, surface area or porosity; characterised by the structural features of powders or particles used therefor
-
- 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
- H01G11/34—Carbon-based characterised by carbonisation or activation of carbon
-
- 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
-
- 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
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明涉及一种杂原子掺杂的多孔碳材料及其制备方法和应用，其包括如下步骤：将琥珀酸盐和金属离子源溶于去离子水中，于140~160℃搅拌20~60min后，得到金属螯合琥珀酸盐，将金属螯合琥珀酸盐放入炭化炉中在抽真空条件下炭化，在炭化过程中以20~30 mL/min的速率不断通入N2/Ar，先从室温以4~7℃/min速率升温到240±10℃保温2~4h后，继续以4~7℃/min速率升温到800±10℃保温0.5~1.5h，再缓慢降至室温，即制得黑色多孔碳材料。本发明所提供的杂原子掺杂的多孔碳材料的制备方法步骤简单，得到的多孔碳材料氮原子分布均匀，电化学性能更加稳定可观。
Description
技术领域
本发明涉及一种杂原子掺杂的多孔碳材料及其制备方法和应用，属于碳材料领域。
背景技术
目前，碳材料由于其具备优良的多孔性能被广泛应用于吸附剂、催化剂、燃料电池、二次电池的 电极材料、超级电容、复合材料、气敏元件、太阳能电池、多种电子器件等领域。碳材料因为其功能元素、掺杂元素和孔容孔径等不同而具备不同的性能。
本申请人一直致力于不同碳材料的制备，以期获得简单的制备方法和性能优越的产品。本发明人部分研究如下：CN110615424A公开了氮磷掺杂多孔碳材料及其制备方法和应用，获得的氮磷掺杂多孔碳材料具备均匀的氮原子、磷原子掺杂，丰富均匀的孔径的分布，较大的比表面积和孔容，较好的电学性能和吸附性能。CN110577206A公开了一种基于聚天冬氨酸盐的含氮多孔碳材料的制备方法及其应用，先将聚天冬氨酸盐放入炭化炉中在抽真空条件下炭化，制得黑色含氮碳材料，经过酸洗得到含氮多孔碳材料，得到的产品氮原子和孔径分布更加均匀，有较好的电学性能；CN110316717A也公开了一种含氮多孔碳材料，得到的产品却可以有效提高对二氧化碳的吸附能力。基于以上研究，为了拓宽不同多孔碳材料的性能和用途，本申请人期望得到一种性能优越制备方法简单的含杂原子的多孔碳材料。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种操作简单、性能优越的杂原子掺杂的多孔碳材料的制备方法，并同时提供其应用。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
技术主题一
本发明提供了一种杂原子掺杂的多孔碳材料的制备方法，其包括如下步骤：
步骤一：预处理
将琥珀酸盐和金属离子源溶于去离子水中，于140~160℃搅拌20~60min后，得到金属螯合琥珀酸盐。
步骤二：炭化处理
将金属螯合琥珀酸盐放入炭化炉中在抽真空条件下炭化，在炭化过程中以20~30mL/min的速率不断通入N2/Ar，先从室温以4~7℃/min速率升温到240±10℃保温2~4h后，继续以4~7℃/min速率升温到800±10℃保温0.5~1.5h，再缓慢降至室温，即制得黑色多孔碳材料。
作为本发明的一些优选实施方案，所述琥珀酸盐选自氨基二琥珀酸四钠，亚氨基二琥珀酸四钠，乙二胺二琥珀酸三钠，磺基琥珀酸二辛酯钠，磺基琥珀酸单酯二钠或十八烯醇磺基琥珀酸二钠盐。
作为本发明的一些优选实施方案，所述金属离子源选自Mn(NO3)2·4H2O、Ca(NO3)2、Ni(NO3)2·6H2O、Ce(NO3)3·6H2O、Cu(NO3)2·3H2O、CoCl2·6H2O或 (NH4)6Mo7O24·4H2O中的任一种或两种及以上的组合。
作为本发明的一些优选实施方案，所述步骤一中琥珀酸盐和金属离子源的重量比为18~22:1。
作为本发明的一些优选实施方案，所述步骤一中琥珀酸盐和金属离子源的重量比为20:1。
作为本发明的一些优选实施方案，所述步骤一中去离子水的质量为原料总质量的1~1.5倍。
作为本发明的一些优选实施方案，所述步骤一中搅拌时间为20~60 min。
作为本发明的一些优选实施方案，具体包括如下步骤：
步骤一：预处理
将质量比为20：1的琥珀酸盐和金属离子源溶于相当于原料总质量1倍质量的去离子水中，于140~160℃搅拌20~60min后，得到金属螯合琥珀酸盐。
步骤二：炭化处理
将金属螯合琥珀酸盐放入炭化炉中在抽真空条件下炭化，在炭化过程中以20~30mL/min的速率不断通入N2/Ar，先从室温以4~7℃/min速率升温到240±5℃保温2~4h后，继续以4~7℃/min速率升温到800±5℃保温0.8~1.2h，再缓慢降至室温，即制得黑色多孔碳材料。
技术主题二
本发明另一方面提供了一种上述技术主题一的方法得到的杂原子掺杂的多孔碳材料。
技术主题三
本发明又一方面提供了一种上述技术主题二的杂原子掺杂的多孔碳材料在超级电容器中的应用。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本发明所提供的杂原子掺杂的多孔碳材料的制备方法步骤简单，得到的多孔碳材料骨架与金属原子结合更加稳定、使用过程中不易脱落，进而能更有效的提高材料的导电性和电化学性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1 为实施例1所制备的多孔碳材料的N 1s XPS谱图；
图2 为实施例1所制备的多孔碳材料的O 1s XPS谱图；
图3 为实施例1所制备的含氮多孔碳材料样品的恒流充放电图（1A/g）；
图4为实施例1所制备含氮多孔碳材料的循环次数与比电容值对应图；
图5为实施例1所制备的含氮多孔碳材料的吸附等温线；
图6为实施例1所制备的含氮多孔碳材料的孔径分布图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例对发明进行清楚、完整的描述。
实施例1
一种杂原子掺杂的多孔碳材料的制备方法，其包括如下步骤：
步骤一：预处理
将200mg氨基二琥珀酸四钠和10mg Mn(NO3)2·4H2O溶于220mL去离子水中，于150℃搅拌30min后，得到锰螯合琥珀酸盐。
步骤二：炭化处理
将锰螯合琥珀酸盐放入炭化炉中在抽真空条件下炭化，在炭化过程中以25 mL/min的速率不断通入N2/Ar，先从室温以5℃/min速率升温到240±5℃保温3小时后，继续以5℃/min速率升温到800±5℃保温1小时，再缓慢降至室温，即制得黑色多孔碳材料。
制备得到的杂原子掺杂的多孔碳材料参数如下：比表面积2470 m2/g，孔容1.79cm3/g，可作为电极材料应用到超级电容器中，比电容值可达271F/g，循环5000次电容保持率高达98.5%。
实施例2
一种杂原子掺杂的多孔碳材料的制备方法，其包括如下步骤：
步骤一：预处理
将200mg亚氨基二琥珀酸四钠和10mg Ca(NO3)2溶于220mL去离子水中，于150℃搅拌30min后，得到钙螯合琥珀酸盐。
步骤二：炭化处理
将钙螯合琥珀酸盐放入炭化炉中在抽真空条件下炭化，在炭化过程中以25 mL/min的速率不断通入N2/Ar，先从室温以5℃/min速率升温到240±5℃保温3小时后，继续以5℃/min速率升温到800±5℃保温1小时，再缓慢降至室温，即制得黑色多孔碳材料。
制备得到的杂原子掺杂的多孔碳材料参数如下：比表面积1840 m2/g，孔容1.60cm3/g，可作为电极材料应用到超级电容器中，比电容值可达258F/g，循环5000次电容保持率高达98.1%。
实施例3
一种杂原子掺杂的多孔碳材料的制备方法，其包括如下步骤：
步骤一：预处理
将200mg乙二胺二琥珀酸三钠和10mg Ni(NO3)2·6H2O溶于220mL去离子水中，于150℃搅拌30min后，得到镍螯合琥珀酸盐。
步骤二：炭化处理
将镍螯合琥珀酸盐放入炭化炉中在抽真空条件下炭化，在炭化过程中以25 mL/min的速率不断通入N2/Ar，先从室温以5℃/min速率升温到240±5℃保温3小时后，继续以5℃/min速率升温到800±5℃保温1小时，再缓慢降至室温，即制得黑色多孔碳材料。
制备得到的杂原子掺杂的多孔碳材料参数如下：比表面积1801m2/g，孔容1.59cm3/g，可作为电极材料应用到超级电容器中，比电容值可达250F/g，循环5000次电容保持率高达98%。
实施例4
一种杂原子掺杂的多孔碳材料的制备方法，其包括如下步骤：
步骤一：预处理
将200mg氨基二琥珀酸四钠和10mg Cu(NO3)2·3H2O溶于220mL去离子水中，于150℃搅拌30min后，得到铜螯合琥珀酸盐。
步骤二：炭化处理
将铜螯合琥珀酸盐放入炭化炉中在抽真空条件下炭化，在炭化过程中以25 mL/min的速率不断通入N2/Ar，先从室温以5℃/min速率升温到240±5℃保温3小时后，继续以5℃/min速率升温到800±5℃保温1小时，再缓慢降至室温，即制得黑色多孔碳材料。
制备得到的杂原子掺杂的多孔碳材料参数如下：比表面积1723 m2/g，孔容1.51cm3/g，可作为电极材料应用到超级电容器中，比电容值可达241F/g，循环5000次电容保持率高达97.2%。
实施例5
一种杂原子掺杂的多孔碳材料的制备方法，其包括如下步骤：
步骤一：预处理
将200mg磺基琥珀酸二辛酯钠和10mg Ce(NO3)3·6H2O溶于220mL去离子水中，，于150℃搅拌30min后，得到铈螯合琥珀酸盐。
步骤二：炭化处理
将铈螯合琥珀酸盐放入炭化炉中在抽真空条件下炭化，在炭化过程中以25 mL/min的速率不断通入N2/Ar，先从室温以5℃/min速率升温到240±5℃保温3小时后，继续以5℃/min速率升温到800±5℃保温1小时，再缓慢降至室温，即制得黑色多孔碳材料。
制备得到的杂原子掺杂的多孔碳材料参数如下：比表面积1794 m2/g，孔容1.58cm3/g，可作为电极材料应用到超级电容器中，比电容值可达246F/g，循环5000次电容保持率高达97.4%。
实施例6
一种杂原子掺杂的多孔碳材料的制备方法，其包括如下步骤：
步骤一：预处理
将200mg亚氨基二琥珀酸四钠和10mg (NH4)6Mo7O24·4H2O溶于220mL去离子水中，于150℃搅拌30min后，得到钼螯合琥珀酸盐。
步骤二：炭化处理
将钼螯合琥珀酸盐放入炭化炉中在抽真空条件下炭化，在炭化过程中以25 mL/min的速率不断通入N2/Ar，先从室温以5℃/min速率升温到240±5℃保温3小时后，继续以5℃/min速率升温到800±5℃保温1小时，再缓慢降至室温，即制得黑色多孔碳材料。
制备得到的杂原子掺杂的多孔碳材料参数如下：比表面积1635 m2/g，孔容1.44cm3/g，可作为电极材料应用到超级电容器中，比电容值可达237F/g，循环5000次电容保持率高达96.7%。
实施例7
一种杂原子掺杂的多孔碳材料的制备方法，其包括如下步骤：
步骤一：预处理
将200mg十八烯醇磺基琥珀酸二钠盐和10mg CoCl2·6H2O溶于220mL去离子水中，于150℃搅拌30min后，得到钴螯合琥珀酸盐。
步骤二：炭化处理
将钴螯合琥珀酸盐放入炭化炉中在抽真空条件下炭化，在炭化过程中以25 mL/min的速率不断通入N2/Ar，先从室温以5℃/min速率升温到240±5℃保温3小时后，继续以5℃/min速率升温到800±5℃保温1小时，再缓慢降至室温，即制得黑色多孔碳材料。
制备得到的杂原子掺杂的多孔碳材料参数如下：比表面积1500m2/g，孔容1.31cm3/g，可作为电极材料应用到超级电容器中，比电容值可达211F/g，循环5000次电容保持率高达95.3%%。
实施例8
一种杂原子掺杂的多孔碳材料的制备方法，其包括如下步骤：
步骤一：预处理
将220mg氨基二琥珀酸四钠和10mgMn(NO3)2·4H2O溶于300mL去离子水中，于140℃搅拌40min后，得到锰螯合琥珀酸盐。
步骤二：炭化处理
将锰螯合琥珀酸盐放入炭化炉中在抽真空条件下炭化，在炭化过程中以25 mL/min的速率不断通入N2/Ar，先从室温以5℃/min速率升温到235±5℃保温3小时后，继续以5℃/min速率升温到805±5℃保温1小时，再缓慢降至室温，即制得黑色多孔碳材料。
制备得到的杂原子掺杂的多孔碳材料参数如下：比表面积1652m2/g，孔容1.47cm3/g，可作为电极材料应用到超级电容器中，比电容值可达238F/g，循环5000次电容保持率高达96.9%。
实施例9
一种杂原子掺杂的多孔碳材料的制备方法，其包括如下步骤：
步骤一：预处理
将180mg氨基二琥珀酸四钠和10mgMn(NO3)2·4H2O溶于200mL去离子水中，于130℃搅拌30min后，得到锰螯合琥珀酸盐。
步骤二：炭化处理
将锰螯合琥珀酸盐放入炭化炉中在抽真空条件下炭化，在炭化过程中以25 mL/min的速率不断通入N2/Ar，先从室温以5℃/min速率升温到245±5℃保温3小时后，继续以5℃/min速率升温到800±5℃保温1小时，再缓慢降至室温，即制得黑色多孔碳材料。
制备得到的杂原子掺杂的多孔碳材料参数如下：比表面积1508 m2/g，孔容1.33cm3/g，可作为电极材料应用到超级电容器中，比电容值可达217F/g，循环5000次电容保持率高达95.8%。
对比例1
一种杂原子掺杂的多孔碳材料的制备方法，其包括如下步骤：
将200mg氨基二琥珀酸四钠放入炭化炉中在抽真空条件下炭化，在炭化过程中以25 mL/min的速率不断通入N2/Ar，先从室温以5℃/min速率升温到240±5℃保温3小时后，继续以5℃/min速率升温到800±5℃保温1小时，再缓慢降至室温，即制得黑色多孔碳材料。
制备得到的杂原子掺杂的多孔碳材料参数如下：比表面积745m2/g，孔容0.65cm3/g，可作为电极材料应用到超级电容器中，比电容值可达101F/g，循环5000次电容保持率高达90.3%。
对比例2
一种杂原子掺杂的多孔碳材料的制备方法，其包括如下步骤：
步骤一：预处理
将200mg奎宁酸钠和10mg Mn(NO3)2·4H2O溶于220mL去离子水中，于150℃搅拌30min后，得到锰螯合琥珀酸盐。
步骤二：炭化处理
将锰螯合琥珀酸盐放入炭化炉中在抽真空条件下炭化，在炭化过程中以25 mL/min的速率不断通入N2/Ar，先从室温以5℃/min速率升温到240±5℃保温3小时后，继续以5℃/min速率升温到800±5℃保温1小时，再缓慢降至室温，即制得黑色多孔碳材料。
制备得到的杂原子掺杂的多孔碳材料参数如下：比表面积622 m2/g，孔容0.50cm3/g，可作为电极材料应用到超级电容器中，比电容值可达89F/g，循环5000次电容保持率高达88.2%。
对比例3
一种杂原子掺杂的多孔碳材料的制备方法，其包括如下步骤：
步骤一：预处理
将170mg氨基二琥珀酸四钠和10mg Mn(NO3)2·4H2O溶于220mL去离子水中于150℃搅拌30min后，得到锰螯合琥珀酸盐。
步骤二：炭化处理
将锰螯合琥珀酸盐放入炭化炉中在抽真空条件下炭化，在炭化过程中以25 mL/min的速率不断通入N2/Ar，先从室温以5℃/min速率升温到240±5℃保温3小时后，继续以5℃/min速率升温到800±5℃保温1小时，再缓慢降至室温，即制得黑色多孔碳材料。
制备得到的杂原子掺杂的多孔碳材料参数如下：比表面积1471 m2/g，孔容1.20cm3/g，可作为电极材料应用到超级电容器中，比电容值可达201F/g，循环5000次电容保持率高达94.7%。
对比例4
一种杂原子掺杂的多孔碳材料的制备方法，其包括如下步骤：
步骤一：预处理
将230mg氨基二琥珀酸四钠和10mg Mn(NO3)2·4H2O溶于220mL去离子水中于150℃搅拌30min后，得到锰螯合琥珀酸盐。
步骤二：炭化处理
将锰螯合琥珀酸盐放入炭化炉中在抽真空条件下炭化，在炭化过程中以25 mL/min的速率不断通入N2/Ar，先从室温以5℃/min速率升温到240±5℃保温3小时后，继续以5℃/min速率升温到800±5℃保温1小时，再缓慢降至室温，即制得黑色多孔碳材料。
制备得到的杂原子掺杂的多孔碳材料参数如下：比表面积1383m2/g，孔容1.12cm3/g，可作为电极材料应用到超级电容器中，比电容值可达198F/g，循环5000次电容保持率高达94.8%。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种杂原子掺杂的多孔碳材料的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：
步骤一：预处理
将琥珀酸盐和金属离子源溶于去离子水中，于140~160℃搅拌20~60min后，得到金属螯合琥珀酸盐；
步骤二：炭化处理
将金属螯合琥珀酸盐放入炭化炉中在抽真空条件下炭化，在炭化过程中以20~30 mL/min的速率不断通入N2/Ar，先从室温以4~7℃/min速率升温到240±10℃保温2~4h后，继续以4~7℃/min速率升温到800±10℃保温0.5~1.5h，再缓慢降至室温，即制得黑色多孔碳材料。
2.根据权利要求1所述的一种杂原子掺杂的多孔碳材料的制备方法，其特征在于，所述琥珀酸盐选自氨基二琥珀酸四钠，亚氨基二琥珀酸四钠，乙二胺二琥珀酸三钠，磺基琥珀酸二辛酯钠，磺基琥珀酸单酯二钠或十八烯醇磺基琥珀酸二钠盐。
3.根据权利要求1所述的一种杂原子掺杂的多孔碳材料的制备方法，其特征在于，所述金属离子源选自Mn(NO3)2·4H2O、Ca(NO3)2、Ni(NO3)2·6H2O、Ce(NO3)3·6H2O、Cu(NO3)2·3H2O、CoCl2·6H2O或 (NH4)6Mo7O24·4H2O中的任一种或两种及以上的组合。
4.根据权利要求1所述的一种杂原子掺杂的多孔碳材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中琥珀酸盐和金属离子源的重量比为18~22:1。
5.根据权利要求1所述的一种杂原子掺杂的多孔碳材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中琥珀酸盐和金属离子源的重量比为20:1。
6.根据权利要求1所述的一种杂原子掺杂的多孔碳材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中去离子水的质量为原料总质量的1~1.5倍。
7.根据权利要求1所述的一种杂原子掺杂的多孔碳材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中搅拌时间为20~60min。
8.根据权利要求1所述的一种杂原子掺杂的多孔碳材料的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤一：预处理
将质量比为20：1的琥珀酸盐和金属离子源溶于相当于原料总质量1倍质量的去离子水中，于140~160℃搅拌20~60min后，得到金属螯合琥珀酸盐；
步骤二：炭化处理
将金属螯合琥珀酸盐放入炭化炉中在抽真空条件下炭化，在炭化过程中以20~30 mL/min的速率不断通入N2/Ar，先从室温以4~7℃/min速率升温到240±5℃保温2~4h后，继续以4~7℃/min速率升温到800±5℃保温0.8~1.2h，再缓慢降至室温，即制得黑色多孔碳材料。
9.一种上如权利要求1-8任一项所述的方法得到的杂原子掺杂的多孔碳材料。
10.一种如权利要求9所述的杂原子掺杂的多孔碳材料在超级电容器中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111070006.2A CN113683074B (zh) | 2021-09-13 | 2021-09-13 | 一种杂原子掺杂的多孔碳材料及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111070006.2A CN113683074B (zh) | 2021-09-13 | 2021-09-13 | 一种杂原子掺杂的多孔碳材料及其制备方法和应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113683074A true CN113683074A (zh) | 2021-11-23 |
| CN113683074B CN113683074B (zh) | 2023-01-24 |
Family
ID=78586232
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111070006.2A Active CN113683074B (zh) | 2021-09-13 | 2021-09-13 | 一种杂原子掺杂的多孔碳材料及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113683074B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115583647A (zh) * | 2022-10-18 | 2023-01-10 | 河北宝力工程装备股份有限公司 | 氧、氮和金属共掺杂碳材料的制备方法及其在橡胶中应用 |
| CN115611266A (zh) * | 2022-10-28 | 2023-01-17 | 河北宝力工程装备股份有限公司 | 氧氮金属掺杂的纳米碳材料的制备方法及在橡胶中的应用 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1234051A (zh) * | 1967-08-01 | 1971-06-03 | ||
| KR20100138212A (ko) * | 2009-06-24 | 2010-12-31 | 한국과학기술연구원 | 수열 처리에 의하여 설탕으로부터 탄소 기공체를 제조하는 방법 |
| US20170120223A1 (en) * | 2015-10-28 | 2017-05-04 | Rennovia Inc. | Porous shaped metal-carbon products |
| CN110085837A (zh) * | 2019-05-05 | 2019-08-02 | 贺州学院 | 金属氧化物/碳复合单层包覆锰系正极材料及其制备方法 |
| US20190276315A1 (en) * | 2016-11-08 | 2019-09-12 | University Of Guelph | Novel methods for creation of sub-micron biocarbon materials from biomass and their fields of application |
| CN110357068A (zh) * | 2019-08-15 | 2019-10-22 | 中国科学技术大学 | 一种分级多孔碳纳米材料的合成方法 |
| CN113277510A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-08-20 | 中国科学技术大学 | 一种使用小分子制备多孔碳材料的合成方法 |
-
2021
- 2021-09-13 CN CN202111070006.2A patent/CN113683074B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1234051A (zh) * | 1967-08-01 | 1971-06-03 | ||
| KR20100138212A (ko) * | 2009-06-24 | 2010-12-31 | 한국과학기술연구원 | 수열 처리에 의하여 설탕으로부터 탄소 기공체를 제조하는 방법 |
| US20170120223A1 (en) * | 2015-10-28 | 2017-05-04 | Rennovia Inc. | Porous shaped metal-carbon products |
| US20190276315A1 (en) * | 2016-11-08 | 2019-09-12 | University Of Guelph | Novel methods for creation of sub-micron biocarbon materials from biomass and their fields of application |
| CN110085837A (zh) * | 2019-05-05 | 2019-08-02 | 贺州学院 | 金属氧化物/碳复合单层包覆锰系正极材料及其制备方法 |
| CN110357068A (zh) * | 2019-08-15 | 2019-10-22 | 中国科学技术大学 | 一种分级多孔碳纳米材料的合成方法 |
| CN113277510A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-08-20 | 中国科学技术大学 | 一种使用小分子制备多孔碳材料的合成方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| DONG, YR 等: "Nitrogen-containing microporous carbons prepared from anionic surfactant-melamine/formaldehyde composites", 《CARBON》 * |
| MOHAMMAD YEGANEH GHOTBI 等: "Large pore volume mesoporous copper particles and scaffold microporous carbon material obtained from an inorganic–organic nanohybrid material, copper-succinate-layered hydroxide", 《JOURNAL OF COLLOID AND INTERFACE SCIENCE》 * |
| 解俊鹏: "热解多元羧酸铵盐法制备碳点的研究", 《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 (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115583647A (zh) * | 2022-10-18 | 2023-01-10 | 河北宝力工程装备股份有限公司 | 氧、氮和金属共掺杂碳材料的制备方法及其在橡胶中应用 |
| CN115583647B (zh) * | 2022-10-18 | 2023-11-17 | 河北宝力工程装备股份有限公司 | 氧、氮和金属共掺杂碳材料的制备方法及其在橡胶中应用 |
| CN115611266A (zh) * | 2022-10-28 | 2023-01-17 | 河北宝力工程装备股份有限公司 | 氧氮金属掺杂的纳米碳材料的制备方法及在橡胶中的应用 |
| CN115611266B (zh) * | 2022-10-28 | 2023-06-23 | 河北宝力工程装备股份有限公司 | 氧氮金属掺杂的纳米碳材料的制备方法及在橡胶中的应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113683074B (zh) | 2023-01-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liu et al. | Nanosheet-assembled porous MnCo2O4. 5 microflowers as electrode material for hybrid supercapacitors and lithium-ion batteries | |
| CN109012590B (zh) | 一种木质素基过渡金属-氮掺杂碳材料及其制备和应用 | |
| CN113683074B (zh) | 一种杂原子掺杂的多孔碳材料及其制备方法和应用 | |
| CN110492081B (zh) | 一种硒化钴/硒化锌@氮掺杂多孔碳纳米管的制备方法及其应用 | |
| CN105948045A (zh) | 一种氮掺杂淀粉基活性炭微球材料的制备方法及其应用 | |
| CN108630444B (zh) | 多孔Ni-Mo-Co三元氢氧化物纳米片超级电容器材料的制备方法 | |
| CN113299484B (zh) | CCO/CoNiMn-LDH复合材料的制备方法及其应用于超级电容器 | |
| CN113054183A (zh) | 一种CoNi双金属有机框架衍生碳硫复合材料的制备方法 | |
| CN110681409A (zh) | 一种碳管担载超小vn产氢电催化剂、合成方法及应用 | |
| CN110921721A (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 | |
| CN104167296B (zh) | 一种用于超级电容器的纳米电极材料的制备方法 | |
| CN111704171B (zh) | 一种铁酸锰@氮化碳复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN109192532B (zh) | 一种超级电容器电极材料及其制备方法 | |
| CN110931810A (zh) | 一种酞菁镍/酞菁铜/活性炭Li/SOCl2电池正极催化材料的制备方法 | |
| CN104299793A (zh) | 一种氧化镍/多壁碳纳米管电极材料的制备方法 | |
| CN109494365A (zh) | 一种用于锂硫电池正极的ldh-多孔炭硫复合材料的制备方法 | |
| CN116525314A (zh) | 一种由金属配合物制备超级电容器复合氧化物材料的方法及其应用 | |
| CN112435858B (zh) | 一种含氮和氧的金属掺杂多孔碳材料及其制备方法和应用 | |
| CN114628683A (zh) | 一种用于锂硫电池的生物碳/(CuNiCo)3P复合材料及制备方法 | |
| CN111710532B (zh) | 一种三氧化二锑-碳纳米管复合材料及其制备和应用 | |
| CN114300276A (zh) | 一种Ni-Fe-S@NiCo2O4@NF复合材料及其制备方法与应用 | |
| CN113120897A (zh) | 一种无溶剂法制备氮掺杂微孔碳电极材料的方法 | |
| CN112837947A (zh) | 无机-纤维素原料制备的氮硫共掺杂层状多孔碳杂化材料及制备和应用 | |
| CN111569929A (zh) | 一种Co-MOF衍生的钴/氮/碳复合材料及其制备方法 | |
| KR101321523B1 (ko) | ＮａＯＨ의 화학적 활성화에 의한 커패시터 전극용 활성탄 및 이를 이용한 커패시터 |
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 | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |