一种三维连通的杂原子掺杂炭纳米片制备方法技术

一种三维连通的杂原子掺杂炭纳米片制备方法，属于纳米材料制备及电化学领域。方法，以熔点较低且成炭过程不同的高分子聚合物与杂环化合物混合后恒温加热处理，随后在惰性气体保护下炭化制得具有三维连通结构的杂原子掺杂炭纳米片，通过控制体系组成、混合方式、热处理环境，调节炭化工艺，实现对原子掺杂炭纳米片材料尺寸厚度、形貌、维度、化学组成、杂原子掺杂元素组成与掺杂量的精确调变，并实现三维网状、层状堆叠三维连通结构的可控设计。优点：方法简单，工艺温和，可控性高，通过炭化处理一步获得可控形貌结构的炭材料；结构稳定的三维连通杂原子掺杂炭纳米片结构有助于提高材料用作钾离子电池负极材料时的可逆容量并改善循环稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种三维连通的杂原子掺杂炭纳米片制备方法
本专利技术涉及纳米材料制备及电化学领域，特别是一种三维连通的杂原子掺杂炭纳米片制备方法。
技术介绍
钾离子电池具有较高的实际应用前景并有望成为新兴的高性能二次电池。高能量密度及可快速充放电是钾离子电池在大规模储能(如电动汽车、储能电站)领域广泛应用的关键之一，而阻碍其实际应用的主要原因是钾较大离子半径所致的不良的反应动力学和充放电过程体积膨胀。炭纳米片材料有利于暴露活性位点、缩短离子固相扩散深度，此外，二维结构有助于在钾离子电池中引入表面诱发电容性过程(包括表面及表面下原子间电荷转移所产生的法拉第电容和双电层产生的非法拉第电容)储钾方式，从而缓解动力学迟滞，极大改善循环比容量与倍率性能。将具有二维结构的炭纳米片进一步设计组装形成三维立体结构，将极大增强材料的结构稳定性，有利于缓解具有较大体积的钾离子的插入所造成的材料体系膨胀，改善钾离子电池的循环稳定性。目前，制备炭纳米片的方法主要包括模板法、化学气沉积法等。所述方法在制备过程，大多需要多步工艺或复杂装置才能完成，方法过程复杂；制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维连通的杂原子掺杂炭纳米片的制备方法，其特征是：三维连通的杂原子掺杂炭纳米片材料制备方法，以熔点较低且成炭过程不同的高分子聚合物与杂环化合物混合后恒温处理，获得具有交互结构的碳前驱体混合物；在惰性气体保护下炭化制得三维连通的杂原子掺杂炭纳米片。/n

【技术特征摘要】
1.一种三维连通的杂原子掺杂炭纳米片的制备方法，其特征是：三维连通的杂原子掺杂炭纳米片材料制备方法，以熔点较低且成炭过程不同的高分子聚合物与杂环化合物混合后恒温处理，获得具有交互结构的碳前驱体混合物；在惰性气体保护下炭化制得三维连通的杂原子掺杂炭纳米片。


2.根据权利要求1所述的一种三维连通的杂原子掺杂炭纳米片制备方法，具体步骤如下：
(1)将高分子聚合物与杂环化合物以质量比50:1-1:50混合，将混合物于空气或惰性气体气氛下于10-300℃保持5min-360h；
(2)将炭前驱体混合物在惰性气体保护下炭化制得具有三维连通结构的杂原子掺杂炭纳米片；
具有三维连通结构的杂原子掺杂炭纳米片材料，炭纳米片厚度为2-200nm，尺寸为50nm-10μm，炭纳米片形成三维连通结构，具有氮、磷、硫、氧原子的单独掺杂或共掺杂，并且杂原子掺杂构型与掺杂量能精确控制。


3.根据权利要求2所述的一种三维连通的杂原子掺杂炭纳米片制备方法，其特征是：步骤(1)中，所述的高分子聚合物为聚乙烯吡咯烷酮、聚苯乙烯、聚乙二醇、聚醚F68、F108、F127、P123、聚乙烯中的一种或几种；
步骤(1)中，所述高分子聚合物与杂环化合物的混合方式为前驱体粉末直接混合、混合后研磨或混合后球磨方式中的一种，气氛为空气、氮气、氩气或氢氩混合气。


4.根据权利要求2所述的一种三维连通的杂原子掺杂炭纳米片制备方法，其特征是：步骤(1)中，所述的杂环化合物为五元杂环化合物罗丹宁、咪唑，或六元杂环化合物哌嗪六水合物、1-甲基哌嗪，或稠杂环化合物咔唑、喹啉中的一种或几种。


5.根据权利要求2所述的一种三维连通的杂原子掺杂炭纳米片制备方法，其特征是：步骤(1)中，混合方式采用研...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈亚鑫，石利泺，庄全超，鞠治成，史月丽，崔永莉，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32