CN113929083B - 一种氮/硫掺杂多孔碳材料及其制备方法 - Google Patents

一种氮/硫掺杂多孔碳材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113929083B
CN113929083B CN202111341623.1A CN202111341623A CN113929083B CN 113929083 B CN113929083 B CN 113929083B CN 202111341623 A CN202111341623 A CN 202111341623A CN 113929083 B CN113929083 B CN 113929083B
Authority
CN
China
Prior art keywords
nitrogen
carbon material
porous carbon
doped porous
sulfur
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.)
Active
Application number
CN202111341623.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113929083A (zh
Inventor
杨光
丁会敏
唐诗洋
张玥
张宇
周扬
陈松
王志成
李健
刘旭丹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Energy and Environment Research Institute of Heilongjiang Province
Original Assignee
Energy and Environment Research Institute of Heilongjiang Province
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Energy and Environment Research Institute of Heilongjiang Province filed Critical Energy and Environment Research Institute of Heilongjiang Province
Priority to CN202111341623.1A priority Critical patent/CN113929083B/zh
Publication of CN113929083A publication Critical patent/CN113929083A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113929083B publication Critical patent/CN113929083B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-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 OR LIGHT-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 OR LIGHT-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
    • H01G11/36—Nanostructures, e.g. nanofibres, nanotubes or fullerenes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-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
    • H01G11/44—Raw materials therefor, e.g. resins or coal

Abstract

一种氮/硫掺杂多孔碳材料及其制备方法，它属于碳材料制备技术领域。本发明要解决的技术问题为改善多孔碳材料的电化学性能。本发明生姜用水冲洗，脱水，然后预碳化后，研磨至粉末A，将盐混合物在去离子水中溶解至饱和，然后按照A和盐混合物的质量比为1:3‑7的比例，将A加入到盐混合物中，搅拌一定时间，然后将该混合物完全干燥，并在氮气气氛下在500‑900℃下碳化，得到的产物酸洗后，得到B，按照质量比为1:2‑5分别称量硫脲和产物B，混合后磁力搅拌然后置于加热炉中，以5‑10℃/min的升温速率在惰性气氛下在800‑1000℃下再次碳化1‑3小时，并用去离子水洗涤至中性。本发明制备方法简单、绿色环保。

Description

一种氮/硫掺杂多孔碳材料及其制备方法
技术领域
本发明属于碳材料制备技术领域；具体涉及一种氮/硫掺杂多孔碳材料及其制备方法。
背景技术
现代工业的发展，导致能源需求迅速上升，世界经济的现代化得益于化石能源，而这一能源将在二十一世纪上半叶迅速地接近枯竭。作为一种环保的电能储存器件，超级电容器在某些应用范围中可以缓解传统能源枯竭的问题，而电极材料则是超级电容器性能的重要影响因素。多孔材料，是一种由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的材料，由于其大的比表面积、较低的相对密度、较高的强度、隔音隔热、渗透性强等优点，被广泛应用于生物、化学、催化、环境、能源等多个领域。在多孔材料中，多孔碳材料凭借其良好的热稳定性和化学稳定性、高导电性、高的比表面、可控的孔道结构、制备原料丰富、制备成本低等优点，在电化学电容器、气体储存与分离、药物释放、催化剂载体等方面得到了广泛的研究。为了扩大其应用范围，人们采用了多种策略来微调这些碳材料的物理和化学性质，其中提高材料性能最直接途径是通过物理或化学活化来调整孔结构，而通过加入杂原子等表面改性的方法可以使其性能获得更好的改善。
发明内容
本发明目的是改善多孔碳材料的电化学性能，优化多孔碳材料的制备方法，提供一种以生姜为碳源的氮/硫掺杂多孔碳材料及其制备方法。
本发明通过以下技术方案实现：
一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、生姜用水冲洗，脱水，然后预碳化后，研磨至粉末，得产物A，待用；
步骤2、制备盐混合物，待用；
步骤3、将步骤2得到的盐混合物在去离子水中溶解至饱和，然后按照产物A和盐混合物的质量比为1:3-7的比例，将产物A加入到盐混合物中，搅拌一定时间，然后将该混合物完全干燥，并在氮气气氛下在500-900℃下碳化，得到的产物酸洗后，得到产物B，待用；
步骤4、按照质量比为1:2-5分别称量硫脲和产物B，混合后磁力搅拌10-50min，然后置于加热炉中，以5-10℃/min的升温速率在惰性气氛下在800-1000℃下再次碳化1-3小时，并用去离子水洗涤至中性，得到所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料。
本发明所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤1中在烤箱中脱水，脱水温度为90-120℃，脱水时间1-2小时。
本发明所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤1中预碳化为在氮气保护下，加热炉中升温至300-600℃恒温碳化2-4小时。
本发明所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤2中盐混合物为氯化钠、氯化镁、氯化钾、氯化锌、氯化钙中的任意两种的混合物，盐混合物中两种盐的质量比为1:1-5。
本发明所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤3中搅拌时间为5-12小时。
本发明所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤3中干燥温度为90-120℃，干燥时间1-2小时。
本发明所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤3中碳化时间为1-5小时。
本发明所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤3中酸洗用3-5wt％的稀盐酸或稀硫酸或稀硝酸。
本发明所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤4中惰性气氛为氮气或氩气。
本发明所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法制备的一种氮/硫掺杂多孔碳材料，所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的比表面积最高达到710m2/g。
本发明所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，杂原子如N、S、P等，多为富电子或缺电子原子，这些杂原子掺杂到碳材料后，会使其邻近C原子能级发生改变，并带有一定的正电荷或负电荷，增加了碳材料的活性。对碳材料单一元素掺杂可以在一定程度提高材料的性质，而本发明通过双元素共同掺杂，由于双元素的协同作用，使得材料具有更好的电化学性能。
本发明所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，以廉价的生姜为前驱体，采用碳化及后处理掺氮硫原子的方法，制备氮/硫掺杂多孔碳材料并测试其电化学性能，制备方法简单、绿色环保。
附图说明
图1为具体实施方式一方法制备的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的SEM照片；
图2为具体实施方式一方法制备的产物A的SEM照片；
图3为具体实施方式一方法制备的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的氮气吸附/解吸等温线对比图；
图4为具体实施方式一方法制备的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的电化学循环伏安曲线对比图；
图5为具体实施方式一方法制备的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的电压时间曲线对比图。
具体实施方式
具体实施方式一：
一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、生姜用水冲洗，脱水，然后预碳化后，研磨至粉末，得产物A，待用；
步骤2、制备盐混合物，待用；
步骤3、将步骤2得到的盐混合物在去离子水中溶解至饱和，然后按照产物A和盐混合物的质量比为1:6的比例，将产物A加入到盐混合物中，搅拌一定时间，然后将该混合物完全干燥，并在氮气气氛下在600℃下碳化，得到的产物酸洗后，得到产物B，待用；
步骤4、按照质量比为1:3分别称量硫脲和产物B，混合后磁力搅拌30min，然后置于加热炉中，以10℃/min的升温速率在惰性气氛下在800℃下再次碳化2小时，并用去离子水洗涤至中性，得到所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料。
本实施方式所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤1中在烤箱中脱水，脱水温度为100℃，脱水时间1小时。
本实施方式所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤1中预碳化为在氮气保护下，加热炉中升温至300℃恒温碳化4小时。
本实施方式所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤2中盐混合物为氯化钠和氯化镁的混合物，盐混合物中两种盐的质量比为1:1。
本实施方式所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤3中搅拌时间为6小时。
本实施方式所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤3中干燥温度为100℃，干燥时间1小时。
本实施方式所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤3中碳化时间为4小时。
本实施方式所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤3中酸洗用3wt％的稀盐酸。
本实施方式所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤4中惰性气氛为氮气。
本实施方式所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法制备的一种氮/硫掺杂多孔碳材料，其制备的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的SEM照片如图1所示，从图1能够看出，用硫脲掺杂，然后碳化，能够得到具有多孔性质的薄碳纳米片，掺杂过程中热解的硫脲由于反应释放气体的层剥离效应而形成薄碳纳米片形态，进而产生孔隙，氮和硫的双重掺杂在碳网络中产生缺陷，提供额外的多孔形态和有效的可访问活性位点，由于在800℃下碳化过程中熔融以及在盐冷却时重结晶/沉淀，碳纳米片中留下蠕虫状孔，这些独特的孔结构使电荷转移加速，这表明NaCl/KCl盐混合物在较低的碳化温度下促进了石墨化；中间产物A的SEM照片如图2所示，未经活化剂或掺杂剂直接碳化的生姜衍生碳产物A显示出无孔隙率且呈现出普通碳纳米片结构；中间产物B的碳基质中形成多孔性质，大孔的存在充当电解质离子的离子缓冲库，以提高电极材料的能量密度。
本实施方式所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法制备的一种氮/硫掺杂多孔碳材料，氮气吸附/解吸等温线对比图如图3所示，从图3能够看出样品的表面结构特性，如表面积、孔体积和孔分布，中间产物A显示典型的IV型等温线，而中间产物B和所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料样品显示I型和IV型等温线的组合，低相对压力区(0-0.4)的急剧增加和高相对压力区(0.4-1.0)的存在滞后环表明样品中微孔和中孔性质的组合特征，三种样品的比表面积分别为200m2/g、550m2/g和710m2/g，所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料由于添加了硫脲作为掺杂剂，从而导致在热解过程中在碳中形成孔隙的进一步缺陷，其所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的比表面积最高达到710m2/g。
本实施方式所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法制备的一种氮/硫掺杂多孔碳材料，电化学循环伏安曲线对比图如图4所示，基于上述材料特性，所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料具有明确的分级多孔性质、部分石墨化性质、有限的有序石墨化壁和适合的杂原子掺杂。因此，将其超级电容器性能的电极材料。使用三电极系统测试碳样品在1MH2SO4中作为支撑电解质的电化学性能，电位窗口为0-1V。图4中给出的所有样品在50mV/S扫描速率下的CV曲线呈准矩形，所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料显示出弱驼峰，这归因于典型的EDLC行为和由于掺入杂原子而导致的有限氧化还原反应的结合。与其他样品相比，所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料表现出更高的电流响应，表明其最佳电容特性是由于其改进的表面性质和杂原子掺杂。图4中给出的AGC和DAGC在不同扫描速率下的CV曲线，即使在较高的扫描速率下也保持其准矩形形状，表明离子通过多孔结构的扩散特性和电极的高速率能力。
本实施方式所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法制备的一种氮/硫掺杂多孔碳材料，电压时间曲线对比图如图5所示，当电流密度为1A/g时比较GCD测量值，三个样品的所有CGD曲线均呈现等腰三角形，进一步证实了EDLC行为，等效串联电阻(IR降)可忽略不计。其中，所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料比其他样品具有更长的充放电时间，表明其具有更高的电容性能。从图5中能够看出，在1A/g下，三个样品的比电容值分别为71、166和258F/g。所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料电极具有优异的比电容，高达258F/g，这是由于其具有分层孔隙结构和杂原子掺杂的薄碳纳米片形态，有利于快速离子转移和利用最大电荷存储容量。
本实施方式所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，以廉价的生姜为前驱体，采用碳化及后处理掺氮硫原子的方法，制备氮/硫掺杂多孔碳材料并测试其电化学性能，制备方法简单、绿色环保。
具体实施方式二：
一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、生姜用水冲洗，脱水，然后预碳化后，研磨至粉末，得产物A，待用；
步骤2、制备盐混合物，待用；
步骤3、将步骤2得到的盐混合物在去离子水中溶解至饱和，然后按照产物A和盐混合物的质量比为1:3-7的比例，将产物A加入到盐混合物中，搅拌一定时间，然后将该混合物完全干燥，并在氮气气氛下在900℃下碳化，得到的产物酸洗后，得到产物B，待用；
步骤4、按照质量比为1:2分别称量硫脲和产物B，混合后磁力搅拌50min，然后置于加热炉中，以5℃/min的升温速率在惰性气氛下在1000℃下再次碳化1小时，并用去离子水洗涤至中性，得到所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料。
本实施方式所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤1中在烤箱中脱水，脱水温度为120℃，脱水时间1小时。
本实施方式所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤1中预碳化为在氮气保护下，加热炉中升温至600℃恒温碳化2小时。
本实施方式所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤2中盐混合物为氯化钠、氯化钙的混合物，盐混合物中两种盐的质量比为1:2。
本实施方式所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤3中搅拌时间为5小时。
本实施方式所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤3中干燥温度为90℃，干燥时间1小时。
本实施方式所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤3中碳化时间为1小时。
本实施方式所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤3中酸洗用5wt％的稀硫酸。
本实施方式所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤4中惰性气氛为氮气或氩气。
本实施方式所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，以廉价的生姜为前驱体，采用碳化及后处理掺氮硫原子的方法，制备氮/硫掺杂多孔碳材料并测试其电化学性能，制备方法简单、绿色环保。
具体实施方式三：
一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、生姜用水冲洗，脱水，然后预碳化后，研磨至粉末，得产物A，待用；
步骤2、制备盐混合物，待用；
步骤3、将步骤2得到的盐混合物在去离子水中溶解至饱和，然后按照产物A和盐混合物的质量比为1:7的比例，将产物A加入到盐混合物中，搅拌一定时间，然后将该混合物完全干燥，并在氮气气氛下在500℃下碳化，得到的产物酸洗后，得到产物B，待用；
步骤4、按照质量比为1:2分别称量硫脲和产物B，混合后磁力搅拌20min，然后置于加热炉中，以10℃/min的升温速率在惰性气氛下在800℃下再次碳化2小时，并用去离子水洗涤至中性，得到所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料。
本实施方式所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤1中在烤箱中脱水，脱水温度为120℃，脱水时间1.5小时。
本实施方式所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤1中预碳化为在氮气保护下，加热炉中升温至300℃恒温碳化3小时。
本实施方式所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤2中盐混合物为氯化镁、氯化钾的混合物，盐混合物中两种盐的质量比为1:3。
本实施方式所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤3中搅拌时间为12小时。
本实施方式所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤3中干燥温度为120℃，干燥时间1小时。
本实施方式所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤3中碳化时间为2小时。
本实施方式所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤3中酸洗用3wt％的稀硝酸。
本实施方式所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤4中惰性气氛为氮气或氩气。
本实施方式所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，以廉价的生姜为前驱体，采用碳化及后处理掺氮硫原子的方法，制备氮/硫掺杂多孔碳材料并测试其电化学性能，制备方法简单、绿色环保。
具体实施方式四：
一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、生姜用水冲洗，脱水，然后预碳化后，研磨至粉末，得产物A，待用；
步骤2、制备盐混合物，待用；
步骤3、将步骤2得到的盐混合物在去离子水中溶解至饱和，然后按照产物A和盐混合物的质量比为1:3的比例，将产物A加入到盐混合物中，搅拌一定时间，然后将该混合物完全干燥，并在氮气气氛下在500℃下碳化，得到的产物酸洗后，得到产物B，待用；
步骤4、按照质量比为1:2-5分别称量硫脲和产物B，混合后磁力搅拌30min，然后置于加热炉中，以8℃/min的升温速率在惰性气氛下在800℃下再次碳化3小时，并用去离子水洗涤至中性，得到所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料。
本实施方式所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤1中在烤箱中脱水，脱水温度为90℃，脱水时间2小时。
本实施方式所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤1中预碳化为在氮气保护下，加热炉中升温至400℃恒温碳化4小时。
本实施方式所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤2中盐混合物为氯化钠和氯化锌的混合物，盐混合物中两种盐的质量比为1:1。
本实施方式所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤3中搅拌时间为10小时。
本实施方式所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤3中干燥温度为90℃，干燥时间2小时。
本实施方式所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤3中碳化时间为4小时。
本实施方式所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤3中酸洗用3wt％的稀盐酸。
本实施方式所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤4中惰性气氛为氩气。
本实施方式所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，以廉价的生姜为前驱体，采用碳化及后处理掺氮硫原子的方法，制备氮/硫掺杂多孔碳材料并测试其电化学性能，制备方法简单、绿色环保。
具体实施方式五：
一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、生姜用水冲洗，脱水，然后预碳化后，研磨至粉末，得产物A，待用；
步骤2、制备盐混合物，待用；
步骤3、将步骤2得到的盐混合物在去离子水中溶解至饱和，然后按照产物A和盐混合物的质量比为1:3-7的比例，将产物A加入到盐混合物中，搅拌一定时间，然后将该混合物完全干燥，并在氮气气氛下在500-900℃下碳化，得到的产物酸洗后，得到产物B，待用；
步骤4、按照质量比为1:2-5分别称量硫脲和产物B，混合后磁力搅拌10-50min，然后置于加热炉中，以5-10℃/min的升温速率在惰性气氛下在800-1000℃下再次碳化1-3小时，并用去离子水洗涤至中性，得到所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料。
本实施方式所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，以廉价的生姜为前驱体，采用碳化及后处理掺氮硫原子的方法，制备氮/硫掺杂多孔碳材料并测试其电化学性能，制备方法简单、绿色环保。
具体实施方式六：
根据具体实施方式五所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤1中在烤箱中脱水，脱水温度为90-120℃，脱水时间1-2小时。
具体实施方式七：
根据具体实施方式五所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤1中预碳化为在氮气保护下，加热炉中升温至300-600℃恒温碳化2-4小时。
具体实施方式八：
根据具体实施方式五所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤2中盐混合物为氯化钠、氯化镁、氯化钾、氯化锌、氯化钙中的任意两种的混合物，盐混合物中两种盐的质量比为1:1-5。
具体实施方式九：
根据具体实施方式五所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤3中搅拌时间为5-12小时。
具体实施方式十：
根据具体实施方式五所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤3中干燥温度为90-120℃，干燥时间1-2小时。
具体实施方式十一：
根据具体实施方式五所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤3中碳化时间为1-5小时。
具体实施方式十二：
根据具体实施方式五所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤3中酸洗用3-5wt％的稀盐酸或稀硫酸或稀硝酸。
具体实施方式十三：
根据具体实施方式五所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，步骤4中惰性气氛为氮气或氩气。
具体实施方式十四：
根据具体实施方式五所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法制备的一种氮/硫掺杂多孔碳材料，所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的比表面积最高达到710m2/g。

Claims (7)

1.一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、生姜用水冲洗，脱水，然后预碳化后，研磨至粉末，得产物A，待用；
步骤1中在烤箱中脱水，脱水温度为90-120℃，脱水时间1-2小时；
步骤1中预碳化为在氮气保护下，加热炉中升温至300-600℃恒温碳化2-4小时；
步骤2、制备盐混合物，待用；
步骤2中盐混合物为氯化钠、氯化镁、氯化钾、氯化锌、氯化钙中的任意两种的混合物，盐混合物中两种盐的质量比为1:1-5；
步骤3、将步骤2得到的盐混合物在去离子水中溶解至饱和，然后按照产物A和盐混合物的质量比为1:3-7的比例，将产物A加入到盐混合物中，搅拌一定时间，然后将该混合物完全干燥，并在氮气气氛下在500-900℃下碳化，得到的产物酸洗后，得到产物B，待用；
步骤4、按照质量比为1:2-5分别称量硫脲和产物B，混合后磁力搅拌10-50min，然后置于加热炉中，以5-10℃/min的升温速率在惰性气氛下在800-1000℃下再次碳化1-3小时，并用去离子水洗涤至中性，得到所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料。
2.根据权利要求1所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，其特征在于：步骤3中搅拌时间为5-12小时。
3.根据权利要求2所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，其特征在于：步骤3中干燥温度为90-120℃，干燥时间1-2小时。
4.根据权利要求3所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，其特征在于：步骤3中碳化时间为1-5小时。
5.根据权利要求4所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，其特征在于：步骤3中酸洗用3-5wt％的稀盐酸或稀硫酸或稀硝酸。
6.根据权利要求5所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法，其特征在于：步骤4中惰性气氛为氮气或氩气。
7.一种权利要求1-6之一所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的制备方法制备的一种氮/硫掺杂多孔碳材料，其特征在于：所述的一种氮/硫掺杂多孔碳材料的比表面积最高达到710m2/g。
CN202111341623.1A 2021-11-12 2021-11-12 一种氮/硫掺杂多孔碳材料及其制备方法 Active CN113929083B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111341623.1A CN113929083B (zh) 2021-11-12 2021-11-12 一种氮/硫掺杂多孔碳材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111341623.1A CN113929083B (zh) 2021-11-12 2021-11-12 一种氮/硫掺杂多孔碳材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113929083A CN113929083A (zh) 2022-01-14
CN113929083B true CN113929083B (zh) 2023-09-22

Family

ID=79286514

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111341623.1A Active CN113929083B (zh) 2021-11-12 2021-11-12 一种氮/硫掺杂多孔碳材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113929083B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114725407B (zh) * 2022-05-09 2023-05-26 哈尔滨师范大学 一种由生姜衍生的n掺杂三维独立式生物质碳材料的制备方法及应用
CN116161640A (zh) * 2022-09-09 2023-05-26 广东容钠新能源科技有限公司 一种球状长循环稳定的生物质硬炭材料、制备方法及应用

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007532880A (ja) * 2004-04-07 2007-11-15 ウオーターズ・インベストメンツ・リミテツド エナンチオマーの分離用組成物及び方法
CN106186152A (zh) * 2016-07-08 2016-12-07 北京化工大学 一种异原子掺杂多孔碳的应用
CN107098343A (zh) * 2017-05-31 2017-08-29 华南理工大学 一种CaCl2固硫制备氮硫共掺杂多孔碳材料的方法
CN109231202A (zh) * 2018-12-05 2019-01-18 重庆文理学院 一种生姜秸秆基纳米多孔炭及其制备方法
CN110203926A (zh) * 2019-07-04 2019-09-06 山东大学 一种综合利用姜秸秆的方法
CN111825074A (zh) * 2019-04-15 2020-10-27 中国科学院福建物质结构研究所 硫氮共掺三维多孔碳纳米片的制备方法及应用
CN112794323A (zh) * 2021-01-08 2021-05-14 上海应用技术大学 一种以海藻酸钠为原料的氮硫掺杂纳米多孔碳材料及制备

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101884387B1 (ko) * 2014-12-05 2018-08-01 한국화학연구원 하이브리드 나노세공체를 포함하는 기체 분리 또는 농축용 고분자 분리막, 이의 용도 및 이의 제조방법

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007532880A (ja) * 2004-04-07 2007-11-15 ウオーターズ・インベストメンツ・リミテツド エナンチオマーの分離用組成物及び方法
CN106186152A (zh) * 2016-07-08 2016-12-07 北京化工大学 一种异原子掺杂多孔碳的应用
CN107098343A (zh) * 2017-05-31 2017-08-29 华南理工大学 一种CaCl2固硫制备氮硫共掺杂多孔碳材料的方法
CN109231202A (zh) * 2018-12-05 2019-01-18 重庆文理学院 一种生姜秸秆基纳米多孔炭及其制备方法
CN111825074A (zh) * 2019-04-15 2020-10-27 中国科学院福建物质结构研究所 硫氮共掺三维多孔碳纳米片的制备方法及应用
CN110203926A (zh) * 2019-07-04 2019-09-06 山东大学 一种综合利用姜秸秆的方法
CN112794323A (zh) * 2021-01-08 2021-05-14 上海应用技术大学 一种以海藻酸钠为原料的氮硫掺杂纳米多孔碳材料及制备

Also Published As

Publication number Publication date
CN113929083A (zh) 2022-01-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5542146B2 (ja) 酸素含有量を制御した非常に多孔質の活性炭
CN108584951B (zh) 具有分级多孔结构的氮磷共掺杂碳电极材料的制备方法
CN113929083B (zh) 一种氮/硫掺杂多孔碳材料及其制备方法
CN104071768B (zh) 孔径分级分布的部分石墨化多孔碳电极材料及其制备方法
CN109243853B (zh) 一种采用双模板制备高比容量纳米复合材料的方法
CN110323072B (zh) 一种应用于超级电容器的氮掺杂空心碳球/mof基多孔炭复合材料的制备方法
CN111681887B (zh) 一种超级电容器用超薄类石墨烯碳材料的制备方法
CN104715936B (zh) 一种用于超级电容器的分级多孔碳电极材料及制备方法
CN111825074A (zh) 硫氮共掺三维多孔碳纳米片的制备方法及应用
CN109437165B (zh) 一种氟、氮共掺杂三维石墨烯材料及其一步碳化制备方法
CN109473288B (zh) 一种制备三维石墨烯/泡沫镍复合材料的方法
CN112850708A (zh) 高比表面积氮掺杂多孔碳材料的制备方法及应用
CN111153403B (zh) 一种海藻酸盐基多孔炭及其制备方法和应用
CN113493196A (zh) 一种硼氮共掺杂多孔碳材料及其制备方法和应用
CN109970045B (zh) 一种基于瓜环聚合物氮掺杂多孔碳材料、制备方法和应用
Zeng et al. Nitrogen/phosphorus co-doped porous carbon materials for supercapacitor electrodes
CN112320784B (zh) 一种硫掺杂铁-氮-碳超级电容器电极材料及其制备方法和应用
CN111547719A (zh) 一种3d多孔碳材料及其制备方法与应用
US20230234851A1 (en) Boron-sulfur-codoped porous carbon material and preparation method and use thereof
He et al. N-Doped hierarchical porous carbon nanoscrolls towards efficient oxygen reduction reaction in Zn–air batteries via interior and exterior modifications
CN115124020A (zh) 一种具有分级孔的硼氮共掺杂碳材料及其制备方法与应用
CN113120897B (zh) 一种无溶剂法制备氮掺杂微孔碳电极材料的方法
Huang et al. Rich N/O/S co-doped porous carbon with a high surface area from silkworm cocoons for superior supercapacitors
Lee et al. Preparation and electrochemical behaviors of styrene–acrylonitrile-based porous carbon electrodes
CN111924842A (zh) 一种基于荷梗的电极材料及其制备方法

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant