The present invention provides a doped carbon aerogel material, the doped carbon aerogel material has a porous structure, the doped carbon aerogel material is mixed with hetero atoms, the heteroatom is one or more of the nitrogen heteroatom, the sulfur heteroatom, the phosphorous atom, and the specific surface area of the doped carbon aerogel material is 1000. 3000m2/g. The invention also provides the preparation method and application of the doped carbon aerogel material. The doped carbon aerogels have the characteristics of large specific surface area, wide aperture and so on. The doped carbon aerogels have high specific surface area, large pore volume, three-dimensional porous structure, excellent gas adsorption and electrochemical properties. The experimental results show that the adsorption capacity of the material is 50 ~ 300mg/g under 273K and 1.0bar conditions. The capacitor made of this material has an electrochemical capacitance of 50 to 250F/g at a current density of 0.1 to 10A/g.
【技术实现步骤摘要】
一种掺杂型碳气凝胶材料及其制备方法与应用
本专利技术属于多孔材料领域,具体涉及一种掺杂的多孔碳材料及其制备和应用。
技术介绍
碳基功能材料由于具有较好的导电性,优异的热稳定性和化学性质等多种突出特征而被广泛研究。这些特性使它们成为能量储存/转化、气体吸附、水处理和催化等领域中有竞争力的材料。对于上述大多数应用来说,高孔隙率是一种非常关键的性质。因此,制备高孔隙率的碳基功能材料是非常有必要的。碳气凝胶是一类三维多孔碳材料,通常具有高比表面积、大孔体积和相互连通的多孔结构。目前,已经有文章报道了以石墨烯、碳纳米管、酚醛树脂、间苯二酚-甲醛、细菌纤维素、葡萄糖和果糖等前驱体来制备碳气凝胶。为了进一步提高碳气凝胶的性能,可以通过改变碳表面的局部电子分布和键合环境,比如,将氮、硫、硼或磷等杂原子引入到碳骨架中。特别是对于氮掺杂,许多文献都强调了氮掺杂的重要性,并且证实了氮掺杂碳气凝胶的组成和性质之间的相关性。例如,White等人以葡萄糖和卵清蛋白为前驱体,通过水热碳化和热处理制备了一种氮掺杂碳气凝胶。这种碳气凝胶具有高比表面积(240~480m2/g)和可调的表面化学性质(GreenChem.2011,13,2428-2434)。虽然各种碳气凝胶已被广泛研究,但大多数碳气凝胶的制备过程通常需要使用特殊的干燥方法,如超临界二氧化碳干燥或冷冻干燥。这些特殊的干燥方法是必不可少的,因为气凝胶前驱体在常规干燥中不能承受住由液体表面张力引起的毛细作用力。然而,这些方法也有其局限性,他们不仅耗时而且通常需要严格的条件。尤其是对于超临界二氧化碳干燥,需要提供高压的环境。上述缺点阻 ...
【技术保护点】
1.一种掺杂型碳气凝胶材料,其特征在于,所述掺杂型碳气凝胶材料具有多孔结构,所述掺杂型碳气凝胶材料内掺有杂原子,所述杂原子为氮杂原子、硫杂原子、磷杂原子中的一种或多种,所述掺杂型碳气凝胶材料的比表面积为1000~3000m2/g。
【技术特征摘要】
1.一种掺杂型碳气凝胶材料,其特征在于,所述掺杂型碳气凝胶材料具有多孔结构,所述掺杂型碳气凝胶材料内掺有杂原子,所述杂原子为氮杂原子、硫杂原子、磷杂原子中的一种或多种,所述掺杂型碳气凝胶材料的比表面积为1000~3000m2/g。2.根据权利要求1所述的掺杂型碳气凝胶材料,其特征在于,所述掺杂型碳气凝胶材料的多孔结构的孔容为0.2~2.0cm3/g;孔径为0.4nm~50μm。3.一种掺杂型碳气凝胶材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:1)吡咯和醛类化合物单体在高盐氯化锌条件下进行聚合反应,生成含有氯化锌的聚合物凝胶材料;将该凝胶材料进行干燥处理,得含有氯化锌的聚合物块体材料;2)将含有氯化锌的聚合物块体材料置于600~1000℃的温度下进行活化反应,即得掺杂型碳气凝胶材料。4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述醛类化合物单体选自甲醛、乙二醛、戊二醛、2-噻吩甲醛、磷酸吡哆醛中的一种或多种,所述吡咯与所述醛类化合物单体的物质的量比为0.5~6:1。5.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,步骤1)所述聚合反应具体为:将吡咯与醛类化合物单体加入到高盐氯化锌溶液中,在温度为50~130℃的条件下,聚合反应2~24小时;将所得凝胶材料在30~200℃的温度下进行干燥处理,得含有氯化锌的聚合物块体材料。6.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,步骤2)所述活化反应的时间为0.5~6小时;所述活化反应预升温的速率...
【专利技术属性】
技术研发人员:隋竹银,曾凡月,韩宝航,
申请(专利权)人:国家纳米科学中心,
类型:发明
国别省市:北京,11
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