The invention belongs to the technical field of material preparation, in particular to a phosphorus-containing mesoporous carbon material and a preparation method and application thereof. The invention first dissolves the nonionic surfactant into the organic solvent, then adds the soluble resin and the phosphorus-containing precursor, uses the solvent evaporation to induce the multi-component organic assembly to obtain the phosphorus-containing resin surfactant composite material, and finally carries on the high temperature carbonization, obtains the phosphorus-containing mesoporous carbon material. The phosphorus content of the phosphorus-containing mesoporous carbon material prepared by the method is 0.3-7.0wt%, the pore diameter is 3.0-15nm, the pore volume is 0.2-0.6cm3/g, and the specific surface area is 290-890m2/g. These novel phosphorus-containing mesoporous carbon materials exhibit good performance in electrode materials for lithium-ion batteries. At current density of 0.5 C, the capacity of these materials remains at 500 mAh/g after 200 cycles. At the same time, it can be widely applied in sodium ion batteries and electrocatalysis.
【技术实现步骤摘要】
一种含磷介孔碳材料及其制备方法和应用
本专利技术属于材料制备
,具体涉及一种含磷介孔碳材料及其制备方法和在锂离子电池领域的应用。
技术介绍
介孔碳材料是一类新型的纳米多孔材料,不仅具有介孔材料的性质如高的比表面积、大的孔容、2~50nm可调的孔径等,也具有碳的优异性质,如良好的导电性、热稳定性、机械稳定性、对化学反应惰性等,这些性质使得这类材料在催化、吸附和分离、电化学、能量存储等领域有着广阔的应用前景。通过表面基团的嫁接和/或骨架中杂原子的掺杂对介孔碳进行修饰,可以引入新的活性位点,赋予介孔碳多功能化,为介孔碳材料拓宽了应用领域。修饰的方法主要包括(1)后处理法与(2)直接合成法。后处理法可以通过后嫁接的方法来实现,即对所合成的介孔碳材料通过化学反应进行修饰,将杂原子引入到介孔碳中。但由于碳材料具有较为惰性的表面且缺少活性位点,同时由于介孔的高表面曲率以及纳米孔的限域对分子扩散有抑制作用,这使得这种后嫁接方法条件苛刻、较难控制。而且,通过后嫁接引入的杂原子分布不均匀,在应用当中容易流失。直接合成法主要是在合成碳材料的初始引入带有杂原子(N、P、S、F等)的特殊前躯体,经聚合、碳化后将杂原子引入到碳材料的表面或骨架,从而改变碳材料的性质。目前含磷介孔碳的合成最常用的为硬模板法,即将碳前驱体与含磷前驱体共同填充到介孔二氧化硅硬模板的介孔孔道中,经过碳化和除去硬模板,得到反相复制硬模板介观结构的含磷介孔碳。但该方法不足之处在于,合成过程较繁锁,周期长,合成成本昂贵,难以推广。鉴于此,我们利用磷前驱体与非离子表面活性剂和可溶性树脂前驱体三元组装合成含磷介孔 ...
【技术保护点】
1. 一种含磷介孔碳材料,其特征在于,磷含量为0.3 – 7.0 wt%,孔径为3.0 – 15 nm,孔容0.2 – 0.6 cm3/g,比表面积290 – 890 m2/g。
【技术特征摘要】
1.一种含磷介孔碳材料,其特征在于,磷含量为0.3–7.0wt%,孔径为3.0–15nm,孔容0.2–0.6cm3/g,比表面积290–890m2/g。2.根据权利要求1所述的含磷介孔碳材料的制备方法,其特征在于,具体步骤为:(1)在室温下,将非离子表面活性剂溶解在有机溶剂中,得到澄清溶液;(2)然后加入可溶性树脂前驱体和含磷前驱体,搅拌混合均匀,并使溶剂挥发诱导共组装;(3)待溶剂挥发完之后,低温固化,得到含磷树脂-非离子表面活性复合材料,最后在惰性气氛下高温碳化,得到含磷介孔碳材料。3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述非离子表面活性剂在有机溶剂中的浓度是4–20wt%;可溶性树脂前驱体与非离子表面活性剂的质量比为0.5–2.0;含磷前驱体和可溶性树脂前驱体的质量比为0–3.0。4.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述低温固化温度为80–130℃,时间为24–120小时。5.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述惰性气氛为氮气或氩气。6.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述高温碳化温度为600–1000℃,时间为1–5小时,升温速度为1–20℃/分钟。7.根据权利要求2-6之一所述的制备方法,其特征在于,所用的有机溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、苯、甲苯、乙醚、四氢呋喃、氯仿或二氯甲烷中的一种、几种或全部。8.根据权利要求2-6之一所述的制备方法,其特征在于,所用的非离子表面活性剂为聚环氧乙烷–聚环氧丙烷、聚环氧乙烷–聚环氧丁烷、聚环氧乙烷–聚苯乙烯、聚环氧乙烷–聚甲基丙烯酸甲酯或烷基–聚环氧乙烷型二嵌段、聚环氧乙烷–聚环氧丙烷–聚环氧乙烷三嵌段共聚物及聚环氧丙烷–聚环氧乙烷–聚环氧丙烷反相表面活性中的一种或几种。9.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于,所述的非离子表面活性剂为EOnPOm、EOnBOm、EOn-b-PSm、EOn-b-MMAm、CnH2n+1EOm、EOnPOmEOn、POnEOmPOn中的一种或几种。10.根据权利要求9所...
【专利技术属性】
技术研发人员:王金秀,赵东元,李伟,夏缘,
申请(专利权)人:复旦大学,
类型:发明
国别省市:上海,31
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