基于氮硫共掺杂多孔碳微球材料的电容器电极及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于氮硫共掺杂多孔碳微球复合材料的电容器电极及其制备方法，所述方法包括如下步骤：S1：将六氯丁二烯、二乙基二硫代氨基甲酸碲(TDEC)以及溶剂在高温高压下进行密闭反应；S2：反应结束后，泄压至常压，并自然冷却至室温，将所得固体干燥，得到干燥样品；S3：将所述干燥样品在惰性气体保护下进行高温焙烧处理，从而得到所述氮硫共掺杂多孔碳微球复合材料。所述氮硫共掺杂多孔碳微球复合材料具有优异的电学性能，从而可应用于电容器领域，尤其是超级电容器领域，具有良好的应用前景和工业化潜力。

Capacitor electrode and preparation method based on nitrogen and sulfur Co doped porous carbon microsphere composite

The invention relates to a preparation method of capacitor electrode of sulphur and nitrogen Co doped porous carbon microspheres composite material and method based on the method comprises the following steps: S1: hexachlorobutadiene, two ethyl two dithiocarbamate tellurium (TDEC) and solvent under high temperature and high pressure closed reaction; after the reaction, S2: pressure to atmospheric pressure, and natural cooling to room temperature, the resulting solid drying, drying the samples; S3: the dry samples of high temperature calcination under the protection of inert gas, resulting in the total sulfur nitrogen doped porous carbon microspheres composite material. The nitrogen sulfur Co doped porous carbon microsphere composite material has excellent electrical properties, so it can be applied to the capacitor field, especially in the field of supercapacitors, and has good application prospects and industrial potential.

【技术实现步骤摘要】
基于氮硫共掺杂多孔碳微球复合材料的电容器电极及其制备方法
本专利技术提供了一种复合材料及其制备方法与用途，更具体而言，提供了基于氮硫共掺杂多孔碳微球复合材料的电容器电极及其制备方法，属于无机功能材料和电极

技术介绍
超级电容器作为一种新型的清洁能源技术，是一种新型、高效、实用的能量储存装置，具有大容量、高功率、长寿命、成本低廉、环境友好等优越的性能，是能量储存领域的一项革命性发展，并可在某些领域取代传统蓄电池、发挥电池不能发挥的优势。然而，目前以活性炭为超级电容器的电极材料还存在大电流充放电困难、能量密度偏低、循环寿命短等缺陷，这极大地限制了超级电容器的大规模应用和产业化。因此，寻找新型结构的碳材料如一维结构的碳纳米管或碳纳米纤维、二维结构的石墨烯、三维多级结构的多孔碳等成为目前的研究热点。这些新型材料虽然可以有效地提高其性能，但仍存在这成本高、合成过程复杂等诸多缺陷，并不能满足超级电容器的实际应用要求。目前，具有高比表面积，优异的导电性和稳定性的碳材料例如碳纳米管、介孔碳等已被广泛地应用于超级电容器方面，例如：CN10445144A公开了一种氮硫双掺杂介孔碳电极材料、制备方法及应用。其电极材料的前驱体包括以质量百分比计的20～85％模板剂、10～75％含氮化合物和5～50过渡金属盐。制备方法为：将模板剂、含氮化合物和过渡金属盐溶于溶剂中，得到前驱体；前驱体焙烧还原得到一次碳化材料；含氮介孔碳材料经酸洗，再次焙烧还原，得到氮硫双掺杂介孔碳材料电极。其在超级电容器中的应用为：将电极材料与乙炔黑、粘结剂、分散剂的混合溶液转移到玻碳电极上；使用电化学工作站，在不同浓度的电解质溶液中进行三电极体系测试。此专利技术提供的电极材料为多级孔结构，具有高比表面积，是一种优良的超级电容器材料。CN105931855A公开了一种水溶液法合成聚(苯胺-噻吩)复合材料，高温热解合成氮硫共掺杂碳材料，化学氧化法合成氮硫共掺杂碳-聚苯胺复合材料并应用于超级电容器的研究，包括以下步骤：制备聚(苯胺-噻吩)复合材料、制备氮硫共掺杂碳材料、制备氮硫共掺杂碳-聚苯胺复合材料电极。此专利技术的有益效果是：复合材料拥有更好的导电性，更小的电极电阻，更好的电容性能，且表现出更好的循环稳定性。CN103979533B公开了一种以动物毛发和水溶性淀粉为原料制备用于超级电容器的氮硫双掺杂活性炭的方法。将动物毛发和水溶性淀粉溶于NaOH溶液中，依次经过水热碳化和NaOH活化步骤，再经过蒸馏水洗净烘干后即制得氮硫双掺杂的活性炭电极材料。所制备的氮硫双掺杂的活性炭具有较高的比电容值，在6mol/LKOH电解液中，比电容值最高可达350F/g。此专利技术所有原料动物毛发和水溶性淀粉均为可再生的生物质资源，来源丰富且成本低：活性炭的制备工艺简单，既是生物质资源的高附值利用，也有效降低了超级电容器电极材料的成本。CN105140050A公开了一种氮硫共掺杂蠕虫状石墨超级电容器电极材料的制备方法，将天然鳞片石墨与氢氧化钠混合，然后放置于微波炉中在1000℃下微波处理2～5min，然后自然冷却，洗涤干燥等得到蠕虫状石墨电极材料。此专利技术制备了一种同时具有导电性好、比表面积大、吸附活性点多的多孔状石墨电极材料，具有良好的电容性能。CN106744947A公开了一种生物基氮硫共掺杂碳材料的制备方法，包括：将经过干燥的粳米进行高温高压处理，得到粳米气凝胶RA；将RA在惰性气体条件下，400～500℃裂解0.5～2h，得到粳米基碳气凝胶RCA；将RCA和硫脲研磨共混，得到共混物；将共混物在惰性气体条件下，800～1000℃反应2～4h。得到生物基氮硫掺杂碳材料。此专利技术的方法简单可行，使用的原料价格低廉、绿色环保，所获得的生物基氮硫掺杂材料具有优异的电化学储能性能，可被用于超级电容器、锂离子电池等领域。如上所述，现有技术中公开了多种制备新型材料的方法，并由此得到了多种具有优异电学性质的新型材料，基于目前超级电容器电极材料的缺陷以及改进方向，如何将掺杂原子碳材料提高其性能具有十分重要的意义，也是目前电化学能源领域的研究热点和重点，而这也正是本专利技术得以完成的基础所在和动力所倚。
技术实现思路
为了研发新型的电学材料，尤其是得到可用于超级电容器领域的复合材料，本专利技术人进行了深入的研究，在付出了大量的创造性劳动后，从而完成了本专利技术。具体而言，本专利技术的技术方案和内容涉及基于氮硫共掺杂多孔碳微球复合材料的电容器电极及其制备方法。更具体而言，本专利技术涉及如下的多个方面。第一个方面，本专利技术涉及一种基于氮硫共掺杂多孔碳微球复合材料的电容器电极，其技术方案是该电容器电极包括有氮硫共掺杂多孔碳微球复合材料，该氮硫共掺杂多孔碳微球复合材料通过以下步骤制备：S1：将六氯丁二烯、二乙基二硫代氨基甲酸碲以及溶剂在高温高压下进行密闭反应；S2：反应结束后，泄压至常压，并自然冷却至室温，将所得固体干燥，得到干燥样品；S3：将所述干燥样品在惰性气体保护下进行高温焙烧处理，从而得到所述氮硫共掺杂多孔碳微球复合材料。在步骤S1中，所述溶剂可以为异丙醇、丙酮、乙二醇、苯乙酮、环己酮、甲苯、氯仿等溶剂中的任意一种，最优选为丙酮。在步骤S1中，反应温度(即所述的“高温”)为140-260℃，例如可为80℃、100℃、120℃、140℃、160℃、180℃或200℃，优选为100-160℃，最优选为120℃。在步骤S1中，反应压力(即所述的“高压”)为1-5MPa，例如可为1MPa、2MPa、3MPa、4MPa或5MPa，最优选为1.5MPa。在步骤S1中，反应时间为2-10小时，例如可为2小时、4小时、6小时、8小时或10小时。在步骤S1中，所述TDEC与六氯丁二烯之间的的浓度比为0.1-20mg/mL，例如可为0.1、0.5、1、2、4、6、8、10或20mg/mL等浓度。在步骤S1中，所述含六氯丁二烯与溶剂的体积比为1:1-5，例如可为1:1、1:1.5、1:2、1:2.5、1:3、1:3.5、1:4、1:4.5或1:5。在步骤S2中，干燥温度为100-130℃，例如可为100℃、110℃、120℃或130℃；干燥时间为4-10小时，例如可为4小时、6小时、8小时或10小时。在步骤S3中，所述高温焙烧处理的温度为700-1100℃，例如可为700℃、800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃、1050℃或1100℃，优选为950-1050℃，最优选为1000℃。在本专利技术的所述氮硫共掺杂多孔碳微球的制备方法中，在步骤S3中，所述高温焙烧处理的时间为1-3小时，例如可为1小时、2小时或3小时。在步骤S3中，所述惰性气体为氮气或氩气。综上所述，所述步骤S3中的高温焙烧处理，即将所述干燥样品在该温度范围下、于惰性气体气氛中高温放置1-3小时，从而得到本专利技术的所述氮硫共掺杂多孔碳微球复合材料。本专利技术人发现，当采用本专利技术的上述制备方法尤其是其中的某些优选工艺参数时，能够得到具有优良电学性能的氮硫共掺杂多孔碳微球，而当改变某些工艺参数时，均导致性能有显著降低。本专利技术人发现，所述氮硫共掺杂多孔碳微球具有优异的电学性能，从而可应用于电容器领域，尤其是超级电容器领域，具有良好的应用前景和工业化潜力。因此，第二个方面，本专利技术涉及本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于氮硫共掺杂多孔碳微球复合材料的电容器电极，其特征在于：该电容器电极包括有氮硫共掺杂多孔碳微球复合材料，该氮硫共掺杂多孔碳微球复合材料通过以下步骤制备：S1：将六氯丁二烯、二乙基二硫代氨基甲酸碲以及溶剂在高温高压下进行密闭反应；S2：反应结束后，泄压至常压，并自然冷却至室温，将所得固体干燥，得到干燥样品；S3：将所述干燥样品在惰性气体保护下进行高温焙烧处理，从而得到所述氮硫共掺杂多孔碳微球复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种基于氮硫共掺杂多孔碳微球复合材料的电容器电极，其特征在于：该电容器电极包括有氮硫共掺杂多孔碳微球复合材料，该氮硫共掺杂多孔碳微球复合材料通过以下步骤制备：S1：将六氯丁二烯、二乙基二硫代氨基甲酸碲以及溶剂在高温高压下进行密闭反应；S2：反应结束后，泄压至常压，并自然冷却至室温，将所得固体干燥，得到干燥样品；S3：将所述干燥样品在惰性气体保护下进行高温焙烧处理，从而得到所述氮硫共掺杂多孔碳微球复合材料。2.如权利要求1所述的电容器电极，其特征在于：在步骤S1中，所述溶剂为异丙醇、丙酮、乙二醇、苯乙酮、环己酮、甲苯、氯仿中的任意一种。3.如权利要求1所述的电容器电极，其特征在于：在步骤S1中，所述高温的数值范围为140-260℃，优选为100-160℃，最优选为120℃；在步骤S1中，所述高压的数值范围为1-5MP...

【专利技术属性】
技术研发人员：金辉乐，王舜，罗茂君，王继昌，余小春，冯鑫，李俊，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33