本发明专利技术涉及一种氮功能化微孔碳纳米粒子的制备方法。先按间苯二胺：对苯二甲醛：1,4-二氧六环：3 mol/L 醋酸溶液＝1：0.6～2.5：24～192：1.7～6.7质量比量取，混合均匀。再将该混合溶液置于不锈钢反应釜中，于120℃热处理2～4 d，得到含氮聚合物。接着在管式炉中，惰性气体保护，按0.5～10℃/min的升温速率将所得含氮聚合物加热到700～900℃炭化，最后自然降温至室温即得氮功能化微孔碳纳米粒子。本发明专利技术制备的氮功能化微孔碳纳米粒子具有高比表面积、规则微孔、氮功能基团和球状几何形貌等优点，在用作超级电容器电极时，可有效保持高比电容的同时提高电极的大电流充放电性能。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及。先按间苯二胺：对苯二甲醛：1,4-二氧六环：3?mol/L?醋酸溶液＝1：0.6～2.5：24～192：1.7～6.7质量比量取，混合均匀。再将该混合溶液置于不锈钢反应釜中，于120℃热处理2～4?d，得到含氮聚合物。接着在管式炉中，惰性气体保护，按0.5～10℃/min的升温速率将所得含氮聚合物加热到700～900℃炭化，最后自然降温至室温即得氮功能化微孔碳纳米粒子。本专利技术制备的氮功能化微孔碳纳米粒子具有高比表面积、规则微孔、氮功能基团和球状几何形貌等优点，在用作超级电容器电极时，可有效保持高比电容的同时提高电极的大电流充放电性能。【专利说明】
本专利技术涉及。该氮功能化微孔碳纳米粒 子用于制作超级电容器电极材料时，可有效保持高比电容的同时提高电极的大电流充放电 性能。属于材料制备
。
技术介绍
超级电容器是一种新型的具有高能量密度、长循环寿命和充电时间短的绿色储能 装置，在电动汽车、不间断电源、航空航天、军事等诸多领域都具有极其广泛的用途。微孔 碳材料（如活性炭）由于比表面积高、化学稳定性良好、价格低廉和制备方法简单等优点， 已成为一种常用的超级电容器电极材料。例如，"用于EDLC的微孔活性炭"（中国专利技术专 利，申请号：201180006377. 2)、"具有高比电容的成型活性炭电极的制备方法"（中国专利技术专 利，专利号：02130063. 1)等报道了微孔碳的制备及其在超级电容器电极材料方面的应用。 然而，大部分普通微孔碳存在曲折、岛状不规则的孔道，使得微孔碳材料的比表面积利用率 不高，电解质离子难以有效进入微孔碳的孔道中，离子传输受阻，从而导致微孔碳电极的大 电流充放电性能受到很大限制。"一种规则微孔碳的制备方法"（中国专利技术专利，申请号： 201310359617. 8)报道了具有规则微孔的碳材料的制备方法，该微孔碳由于具有规则的微 孔孔道，有利于电解液离子在孔道中的快速扩散与传输，具有良好的大电流充放电性能。 除孔径之外，电极材料的表面功能基团也是影响其电化学性能的重要因素之一。 通常，氮功能化碳材料不仅可以通过氮原子的引入增加材料中亲水的极性活性点，提高电 解液对材料的浸润性，还可以提高材料的储电荷能力。此外，还可以含氮功能基团可以带 来准法拉第效应，从而明显提高碳基超级电容器的比电容。例如，Chen等人报道了 "一种 通过高温碳化涂有聚泌咯的碳纳米纤维来制备含氮多孔碳纳米纤维的方法"（Synthesis of nitrogen-doped porous carbo nanofibers as an efficient electrode material for supercapacitors, ACS Nano, 2012, 6, 7092-7102.)，这种先制备碳材料，然后再进行氮功能 化的方法操作繁琐、耗时。Liu等人通过对苯二胺和均苯三甲醛间的席夫碱反应制备具有 良好电化学性能的多孔空心碳材料（Hollow, spherical nitrogen-rich porous carbon shells obtained from a porous organic framework for the supercapacitor, Appl. Mater. Interfaces, 2013, 5, 10280-10287.)，这种方法使用的氮功能化原料价格十分昂贵， 限制了它的实际应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于公开。用本专利技术制备 的氮功能化微孔碳纳米粒子具有高比表面积、规则微孔、氮功能基团和球状几何形貌以及 价格低廉等优点。 为了达到上述目的，本专利技术选择具有刚性结构的间苯二胺和对苯二甲醛为碳源和 氮源，通过席夫碱聚合反应和高温炭化制备氮功能化微孔碳纳米粒子。该方法具有操作简 单、对设备要求低等优点。 具体的工艺是按如下几个步骤进行的： 按间苯二胺：对苯二甲醛：1，4_二氧六环：3mol/L醋酸溶液=1 :0.6?2.5 :24? 192 :1. 7?6. 7质量比量取，混合均匀。将该混合溶液置于不锈钢反应釜中，于120°C热处 理2?4d，得到含氮聚合物。在管式炉中，惰性气体保护，按0. 5?10°C /min的升温速率 将所得含氮聚合物加热到700?900°C炭化，最后自然降温至室温即得氮功能化微孔碳纳 米粒子。 上述惰性气体选用氮气、氩气、氦气中的一种； 上述原料均为市售工业级产品。 本专利技术具有如下优点： 1.本专利技术选用间苯二胺和对苯二甲醛为碳源和氮源，具有原料价格低廉的优点； 在有机溶剂中通过席夫碱反应聚合形成含氮聚合物，然后炭化制备氮功能化微孔碳纳米粒 子，这种通过一步反应制备氮功能化碳材料的方法具有操作简单的优点。 2.本专利技术的氮功能化碳纳米粒子具有高比表面积、规则微孔、氮功能基团和球状 几何形貌等优点。 3.本专利技术的氮功能化碳纳米粒子电化学性能优良。氮功能化碳纳米粒子中丰富的 规则微孔为电解质离子提供了大量的吸附位点；纳米粒子堆积形成的介孔使电解质非常容 易地进入碳材料的孔道中，从而有效地降低电解质离子的扩散电阻；氮功能化不仅可以提 高碳材料的润湿性和导电性，还可以提供赝电容。本专利技术的氮功能化微孔碳纳米粒子用作 超级电容器电极材料时，在〇. lA/g电流密度下的比电容高达397F/g，表现出优异的比电容 性能；电流密度增加至l〇〇A/g时比电容为145F/g，表现其出色的大电流充放电性能。 【具体实施方式】 实施例1 按间苯二胺：对苯二甲醛：1，4-二氧六环：3111〇1/1醋酸溶液=1 :0.6:24:1.7质 量比量取，混合均匀。将该混合溶液置于不锈钢反应釜中，于120°C热处理2d，得到含氮 聚合物。在管式炉中，惰性气体保护，按〇. 5°C /min的升温速率将所得含氮聚合物加热到 700°C炭化，最后自然降温至室温即得氮功能化微孔碳纳米粒子。 实施例2 按间苯二胺：对苯二甲醛：1，4-二氧六环：3111〇1/1醋酸溶液=1 :1.2:48:1.7质 量比量取，混合均匀。将该混合溶液置于不锈钢反应釜中，于120°C热处理2d，得到含氮聚 合物。在管式炉中，惰性气体保护，按1°C /min的升温速率将所得含氮聚合物加热到800°C 炭化，最后自然降温至室温即得氮功能化微孔碳纳米粒子。 实施例3 按间苯二胺：对苯二甲醛：1，4_二氧六环：3mol/L醋酸溶液=1 :1.2 :96 :3. 3质 量比量取，混合均匀。将该混合溶液置于不锈钢反应釜中，于120°C热处理3d，得到含氮聚 合物。在管式炉中，惰性气体保护，按2°C /min的升温速率将所得含氮聚合物加热到850°C 炭化，最后自然降温至室温即得氮功能化微孔碳纳米粒子。 实施例4 按间苯二胺：对苯二甲醛：1，4-二氧六环：3mol/L醋酸溶液=1 :1.2 :96 :6. 7质 量比量取，混合均匀。将该混合溶液置于不锈钢反应釜中，于120°C热处理3d，得到含氮聚 合物。在管式炉中，惰性气体保护，按5°C /min的升温速率将所得含氮聚合物加热到850°C本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种氮功能化微孔碳纳米粒子的制备方法，其特征在于：先按间苯二胺：对苯二甲醛：1,4‑二氧六环：3mol/L醋酸＝1：0.6～2.5：24～192：1.7～6.7质量比量取，混合均匀，得到混合溶液，再将该混合溶液置于不锈钢反应釜中，于120℃热处理2～4d，得到含氮聚合物，接着，在管式炉中，惰性气体保护下，按0.5～10℃/min的升温速率将所得含氮聚合物加热到700～900℃炭化，最后自然降温至室温，即得氮功能化微孔碳纳米粒子；上述惰性气体选用氮气、氩气、氦气中的一种；上述原料均为市售工业级产品。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘明贤，赵云辉，甘礼华，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。