一种制备超微孔柔性碳布的方法及其产品和应用技术

本发明专利技术公开一种制备超微孔柔性碳布的方法，以碳布为原料，在活化剂中高温煅烧，即得超微孔柔性碳布；所述的煅烧温度为400～1500℃，煅烧时间1～24h。所述的活化剂为氮气和氧气，氮气与氧气的体积比为100:2～0.5。本发明专利技术还公开一种超微孔柔性碳布，以及超微孔柔性碳布用于柔性全固态电容器的应用和电解水制氢的应用。该技术方案首次利用煅烧法，无需任何试剂，合成方法简单，环保，有利于大规模生产，制备得到的超微孔柔性碳布表现出很大的比表面积，高比例的微孔，良好的导电率，良好的柔性，和超亲水性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及碳布制备领域，具体涉及一种制备超微孔柔性碳布的方法及其产品和应用。
技术介绍
随着石油资源日趋短缺，并且燃烧石油的内燃机尾气排放对环境的污染越来越严重，人们都在研究各种能量储存与转化装置。各种卷曲的装置，可携带的电子器件，如手机和电脑的快速发展，急需先进的柔性的储能。柔性的超级电容器具有比传统物理电容器更高的能量密度，更快的充放电速率，更长的使用寿命，因此成为研究的热点。而制备既能满足实际的需要，又具有廉价，柔性，质量轻，环保等特点超级电容器面临巨大的挑战。通常，为了制备柔性储能装置，很多工作使用活性材料，电解质，粘结剂，隔离物，集流体和封装物，活性材料在整个装置中所占据的的比例很少(Science，2011，334，917)，因此，基于整个装置的电容很小，不能满足实际的需求。如中国专利技术专利(CN103803527A，20140521)公开一种多孔碳的制备方法及其产品，制备过程为：将生物质碳源、结构导向剂和水混合均匀得到混合液，经水热反应后，再经冷却、洗涤、干燥及煅烧处理，得到所述的多孔碳；所述结构导向剂与生物质碳源的质量比为1:5000～1:50；所述的结构导向剂为离子型聚电解质。但是该专利得到的炭材料是粉末，是不能直接用于柔性器件的。如果需要作为柔性器件，则需要集流体和粘结剂等，这样会制备工艺复杂，内阻大，且面积电容和体积电容特别小。而面积电容和体积电容才是电学应用所看重的，因此设计柔性的，可以独立存在的，不需要集流体和粘结剂的电极材料，变得极其重要。中国的专利技术专利(CN104795251A，20150722)公开了一种超级电容器的制备方法，并具体公开了用于制备超级电容器的多孔碳的制备方法：将海藻酸盐置于管式炉中，在氮气保护气氛下以1～10℃/min的升温速度升至500～900℃，保温1～10h，自然降温到室温，得到高比面积的海藻酸盐基多孔碳。但是该专利技术也是粉末材料，不能直接用于柔性器件且面积电容特别小。在碳布上生长碳纳米颗粒、碳纳米管、氧化锌或氧化钨，或者在碳布上生成二氧化钼，用于柔性器件，但是由于使用的碳布比表面积特别小，因此几乎没有电容的功能贡献。由于基底的低的电容和大的质量比例，而活性物质的质量很小，因此给予整个装置的电容很小。目前，石墨烯和碳管已经被广泛地研究，通过努力，已经可以得到独立存在的石墨烯和碳管的膜(Science，2012，335，1326)，(Energ.Environ.Sci.,2013,6,1185)。然而这些材料受限于复杂的制备工艺，价格昂贵，石墨烯的堆叠等问题，以及最终得到的膜柔性差。更重要的是由这些膜组装的柔性器件其面积电容非常小，不能满足实际的需求。而碳布由于具有廉价，高导电性以及良好的机械性能等特点在柔性器件的使用中具有一定的潜力。但是其由于比表面积低，因此其电化学活性面积小，电容很低。通常不会直接用于电极材料。各种赝电容材料已经被负载在碳布上从而提高电容，但是由于基底的低的电容和大的质量比例，而活性物质的质量很小因此给予整个装置的电容很小。因此直接对炭布进行处理，制备高性能的柔性碳布材料显得尤为重要。其在可穿戴的电子器件中也将具有一定的优势。此外，能源及环境问题的日益严峻，使得开发和利用新能源成为世界各国广泛关注的问题。H2作为一种理想的能源载体，成为了未来新能源发展的重要领域。其中电解水制氢由于其工艺简单及清洁环保的优势而成为主要的制氢技术手段。通常使用的催化剂主要以Pt，Ru等贵金属为主，但是由于其高的成本，自然界中的有限储备而极大地限制了其商业化应用。即使后期出现了大量的贱金属(如MoS2：J.Am.Chem.Soc.,2005,127；FeP：Chem.Commun.,2013,49等)为主的催化剂，由于其原料有毒，复杂的制备过程，使得制备高效的，环保的催化剂仍然是巨大的挑战。无金属催化剂的出现在一定程度上解决了制备过程复杂，原料有毒的问题，但是这些催化剂往往需要复杂的制样过程，添加粘合剂，且前期需要高温处理通过杂原子的掺杂才能提高催化性能，对于纯碳材料用于制氢的报道是没有的。因此，设计柔性的，大规模的，一步法制备电极片，无需制样，无需粘合剂，简单处理后本身极为电极，用于商业化制氢是及其重要的。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供一种制备超微孔柔性碳布的方法及其产品和应用，用简单的方法大规模的制备性能优异的超微孔柔性碳布。本专利技术解决技术问题的技术方案为：一种制备超微孔柔性碳布的方法，以碳布为原料，在活化剂中高温煅烧，即得超微孔柔性碳布；所述的煅烧温度为400～1500℃，煅烧时间1～24h。本专利技术的制备方法首次利用煅烧法，无需添加其他的改性材料，合成方法简单，环保，有利于大规模生产。制备得到的超微孔柔性碳布表现出很大的比表面积，微孔和超微孔占总孔容的比例为90％～95％，良好的导电率，良好的柔性，和超亲水性。在柔性器件的使用中表现出很高的面积电容和体积电容，能量密度，优秀的循环性能和倍率性能，重要的是，弯折条件下仍然具有较高的比容量，与未弯折时的比容量相当，可以应用在柔性器件领域，同时在电解水制氢中表现出优良的性能。所述的碳布优选为商业碳布，进一步优选为亲水碳布或疏水碳布。亲水碳布或疏水碳布煅烧后都具有优良的亲水性。商业碳布的比表面积只有1～5m2g-1，电容1～5mF/cm2，煅烧后的超微孔柔性碳布性能优秀，具有超纳米孔，表面积提高到800～900m2g-1，电容提高到2800～3000mF/cm2。作为进一步优选，所述的煅烧次数为1～6次，煅烧次数影响超微孔柔性碳布优良的性能，煅烧次数增加使得超微孔柔性碳布煅烧得更加完全，并且对微孔和超微孔的形成具有影响。作为优选，所述的活化剂为氮气或氩气。作为另一种优选，所述的活化剂也可以为氮气和氧气的混合气体，其中氮气与氧气的体积比为100:2～0.5，活化剂中的氧气的含量对超微孔柔性碳布的性能具有影响，过多的氧气则会破坏超微孔柔性碳布的微孔和超微孔结构，更有可能直接氧化超微孔柔性碳布。作为进一步优选，当氮气与氧气的体积比为100:1～0.5，煅烧温度为800～1000℃，煅烧时间1～4h，可以在超微孔柔性碳布上引入含氧功能团如形成碳氧双键，碳氧双键能够增加其电容。本专利技术还提供一种超微孔柔性碳布，比表面积为59～819m2/g，平均孔径为1.89～2.51nm，孔容为0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备超微孔柔性碳布的方法，其特征在于，以碳布为原料，在活化剂的气氛下高温煅烧，即得超微孔柔性碳布；所述的煅烧温度为400～1500℃，煅烧时间1～24h。

【技术特征摘要】
1.一种制备超微孔柔性碳布的方法，其特征在于，以碳布为原料，在活
化剂的气氛下高温煅烧，即得超微孔柔性碳布；所述的煅烧温度为
400～1500℃，煅烧时间1～24h。
2.根据权利要求1所述的制备超微孔柔性碳布的方法，其特征在于，所
述的碳布为亲水碳布或疏水碳布。
3.根据权利要求2所述的制备超微孔柔性碳布的方法，其特征在于，所
述的煅烧次数为1～6次。
4.根据权利要求1所述的制备超微孔柔性碳布的方法，其特征在于，所
述的活化剂为氮气或氩气。
5.根据权利要求1所述的制备超微孔柔性碳布的方法，其特征在于，所
述的活化剂为氮气和氧气，氮气与氧气的体积比为100:2～0.5。
6.一种根据权利要求1～5任一所述的方法得到的超微孔柔性碳布，其特
征在于，所述的超微孔柔性碳布的比表面积为59～819m2/g，平均孔径为
1.89～2.51nm，孔容为0.035～0.43cm3/g，微孔和超微孔占据总孔容的
90％～95％，超纳米孔的孔容为0～...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇，王海燕，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33