The invention discloses a Nitrogen-Sulfur co-doped porous carbon material, which is prepared from glucose, melamine, dimethyl sulfoxide and concentrated sulfuric acid by protonation, heating reaction, calcination and activation. Its specific surface area ranged from 1203.9 to 1932.1 M2 g_1, and the average pore size distribution was uniform, and the distribution was in the range of 1.421_3.627 nm. The preparation methods are: 1) protonation treatment of melamine; 2) preparation of nitrogen and sulfur precursors; 3) activation of nitrogen and sulfur precursors; 4) post-treatment of nitrogen and sulfur precursors. As electrode materials for supercapacitors, the specific capacitance ranges from 180 to 293 F g_1 when the current density is 1 A g_1. Melamine is protonated by concentrated sulfuric acid and its electronic structure is adjusted to obtain electrode materials with high nitrogen content; dimethyl sulfoxide has high polarity and hydrophilicity, which is conducive to the doping reaction with glucose hydroxyl group. Therefore, the carbon material prepared by the present invention has excellent electrochemical performance and can be used in supercapacitor collar. Domain has application prospect.
【技术实现步骤摘要】
一种氮硫共掺杂多孔碳材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及超级电容器
,具体涉及一种氮硫共掺杂多孔碳材料及其制备方法和应用。
技术介绍
超级电容器作为一种新型高效储能装置,其具有功率密度高、循环寿命长、充放电效率高、免维护、节能环保等等一系列优点,迅速在电动汽车、电力、铁路、消费性电子产品等众多领域得到应用。目前,超级电容器采用的电极材料主要有三大类:碳基材料、金属氧化物和导电聚合物。碳基材料中的多孔碳材料由于具有良好的物理化学性能,如比表面积大、孔隙结构可控、化学性质稳定、高导热、高电导率和原料丰富等特点,成为当前应用最广泛的一类电极材料。多孔碳材料是一种由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的材料,因具有分子尺寸的均匀孔道结构,连续的孔道体系和大的比表面积等特性,在吸附、离子交换、特别是在电化学等领域有广泛的应用。科学研究表明,杂原子掺杂是提高多孔碳材料电化学性质的有效方法。尤其,氮原子是研究最多的掺杂剂,它可以在六元碳晶格引入更多的缺陷点位。除了氮,硫元素的掺杂也受到越来越多的关注。由于硫有一对孤对电子,容易极化,提高碳材料的化学活性。不仅如此,最近的理论计算证明:氮、硫元素的共掺杂可以带来协同效应由于电荷密度和自旋密度的重新分配。已有研究(ACSApplied.Materials&Interfaces2017,9,29753-29759)表明,氮硫共掺杂碳材料是一种良好的电极材料,但是其材料的氮含量仅达到5.7%,文章(JournalofEnergyChemistry25(2016)587–593)中又有材料比表面积小,比电容低(0.5A ...
【技术保护点】
1. 一种氮硫共掺杂多孔碳材料,其特征在于:由葡萄糖、三聚氰胺、二甲基亚砜和浓硫酸,经质子化处理、溶解、加热反应、过滤、洗涤、干燥得含氮硫前驱体,然后加入到碱性无机物溶液浸泡后煅烧活化后,经研磨、洗涤、干燥制得,所得氮硫共掺杂多孔碳材料的比表面积范围在1203.9~1932.1 m2 g‑1,平均孔径分布均一,分布在1.421‑3.627 nm范围内。
【技术特征摘要】
1.一种氮硫共掺杂多孔碳材料,其特征在于:由葡萄糖、三聚氰胺、二甲基亚砜和浓硫酸,经质子化处理、溶解、加热反应、过滤、洗涤、干燥得含氮硫前驱体,然后加入到碱性无机物溶液浸泡后煅烧活化后,经研磨、洗涤、干燥制得,所得氮硫共掺杂多孔碳材料的比表面积范围在1203.9~1932.1m2g-1,平均孔径分布均一,分布在1.421-3.627nm范围内。2.一种氮硫共掺杂多孔碳材料的制备方法,其特征在于包括以下步骤:步骤1)三聚氰胺的质子化处理,将三聚氰胺在一定条件下低温碳化后,将碳化产物溶于浓硫酸搅拌一段时间,然后稀释、过滤、洗涤至中性,干燥得到质子化处理过的三聚氰胺;步骤2)含氮硫前驱体的制备,将步骤1)所得到的质子化处理过的三聚氰胺与葡萄糖和二甲基亚砜按一定质量比加入到去离子水中超声分散,搅拌溶解,之后在一定条件下反应,将产物过滤、洗涤、烘干得到含氮硫前驱体;步骤3)含氮硫前驱体的活化,将含氮硫前驱体和碱性无机物按一定质量比混合,放入去离子水中搅拌、浸泡,烘干之后在一定条件下煅烧活化,得到活化的含氮硫前驱体的材料;步骤4)含氮硫前驱体的后处理,将上述活化的含氮硫前...
【专利技术属性】
技术研发人员:孙立贤,王飞飞,徐芬,夏永鹏,印世璐,陈沛荣,曹黎志,曹印函,
申请(专利权)人:桂林电子科技大学,
类型:发明
国别省市:广西,45
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。