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专利号: 2014103042345
申请人: 湖北工程学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2024-02-28
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于壳聚糖及其衍生物制备多孔碳电极材料的方法,其特征在于包括下述步骤:(1)制备中空氧化硅球模板,将0.3~0.4g十六烷基三甲基溴化铵加入到140~200ml的去离子水和无水乙醇混合溶剂中,去离子水和无水乙醇的体积比为1.69~2.29,搅拌均匀后将体积比为1:1的正硅酸乙酯和氨水分别加入上述溶液中,然后继续搅拌8~12小时后得到中空氧化硅球模板;

(2)制备碳前驱物溶液,将碳前驱物溶解于溶剂中得到碳前驱物溶液,所述碳前驱物为甲壳素、壳聚糖或壳聚糖衍生物,碳前驱物的质量百分数为2~10%,溶剂的质量百分数为

90~98%;

(3)将步骤(1)制得的中空氧化硅球浸入到步骤(2)的碳前驱物溶液中,搅拌16~24小时直至碳前驱物溶液充分浸入到模板的孔道中,形成中空氧化硅球/碳前驱物的复合物;

(4)将步骤(3)所述中空氧化硅球/碳前驱物的复合物放入80~200℃的干燥箱中固化处理18-24小时得到薄膜固体物质,然后将薄膜固体物质研磨后置于气氛管式炉中,在高纯气体保护下进行碳化处理得到中空氧化硅球/碳的复合物,升温速率为2~10℃/分钟,碳化温度为600~900℃,碳化时间为2~4小时;

(5)将步骤(4)得到的中空氧化硅球/碳复合物加入到质量比为2~15%的氢氟酸溶液中,搅拌12~36小时,然后过滤分离并使用去离子水洗涤,干燥后得到多孔碳材料。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于制备的多孔碳电极材料氮掺杂含量为

4~8at%,孔结构是由大孔、介孔、微孔构成的分级孔道结构;其中孔径为200~600nm的大孔位于碳球中心;孔径为2~10nm的介孔位于碳球外壁,并与中心大孔相通;孔径为0.1~2nm的微孔位于介孔壁内。

3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤(2)所述溶剂包括稀有机酸溶液或去离子水。

4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:稀有机酸溶液为体积浓度为1~2%的冰醋酸水溶液或苯甲酸水溶液。

5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤(1)所述氨水中NH3质量百分数为

25~28%。

6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤(3)中所述中空氧化硅球模板与所述碳前驱物溶液的质量比为1:1~5。

7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤(4)中所述的高纯保护气体包括高纯氮气或高纯氩气。

8.由权利要求1~7所述任一方法制得的多孔碳电极材料。

9.根据权利要求6所述的多孔碳电极材料,其特征在于多孔碳电极材料氮掺杂含量为

4~8at%,孔结构是由大孔、介孔、微孔构成的分级孔道结构;其中孔径为200~600nm的大孔位于碳球中心;孔径为2~10nm的介孔位于碳球外壁,并与中心大孔相通;孔径为0.1~2nm的微孔位于介孔壁内。

10. 权利要求6或7所述多孔碳电极材料在锂离子电池或超级电容器中的应用。