【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于多孔碳材料的，尤其涉及杂原子掺杂分级介孔碳材料及其制备方法、硅碳负极材料和应用。
技术介绍
1、当前，能源需求增加和绿色低碳转型之间日益突出的矛盾促进了新能源产业迅速发展，各种高效的能源储存和转换设备得到了广泛关注。碳材料因其成本效益、化学稳定性和多样的孔隙结构成为二次电池、超级电容器和燃料电池等储能设备的重要组件。然而，大多数碳材料具有狭窄的孔道和较差的亲水性，且常规多孔炭材料的表面性质相对单一，官能团种类较少，不利于其储能性能。
2、为提升碳材料的应用性能，可通过孔结构的控制并采用杂原子掺杂对多孔炭材料进行优化改性。
3、chemical engineering journal 263(2015)62-70采用二氧化硅为模板剂，通过koh活化法制备了层次多孔碳纤维，具有较高的比表面积(1625～1796m2/g)和层次化的孔结构。二氧化硅硬模板易于得到较明确的孔结构，但去模板过程需要大量的氟化氢hf，操作繁琐且产生污染。
4、journal of power sources 378(2018)579-588采用尿素为氮源，通过koh一步活化法制备了具有超高比表面积(2905.4m2/g)，大孔容(2.05cm3/g)的多孔氮掺杂碳，其中微孔率为75％，氮含量为2.63wt％。koh刻蚀得到的碳材料具有发达的微孔，利用率较低。此外，通过外部氮源进行氮掺杂容易产生表面掺杂，掺杂水平较低且分布不均匀。
技术实现思路
1、本专利技术提出
2、本专利技术提出一种杂原子掺杂分级介孔碳材料的制备方法，包括如下步骤：
3、1)将碱式碳酸镁纳米颗粒放入真空浸渍罐中，调节真空浸渍罐的真空度为-0.08～-0.1mpa，第一维持，向真空浸渍罐中加入有机杂原子源溶液后，将真空浸渍罐加压后，第二维持，得混合溶液；
4、2)将上述混合溶液在40～100℃下蒸发溶剂，然后真空干燥，得复合固体模板；
5、3)将上述复合固体模板置于气相沉积炉中，在惰性气氛下预热后，以惰性气体为载流气和保护气，通入碳源进行碳沉积，然后保温，洗涤至中性后，干燥，得杂原子掺杂分级介孔碳材料。
6、进一步地，步骤1)中，有机杂原子源为硫脲，n-甲基硫脲，硫醇，硫酚，吡啶，丙烯腈，双氰胺，三烷基膦中至少一种。
7、进一步地，步骤1)中，有机杂原子源与碱式碳酸镁纳米颗粒的质量比为1：(0.5～5)。
8、进一步地，步骤3)中，碳沉积的温度为500～1000℃；
9、优选的，碳沉积的温度为500～800℃；
10、步骤3)中，碳沉积的时间为1～12h。
11、进一步地，步骤3)中，预热的温度为400～500℃；预热的时间为1～3h；
12、优选的，步骤3)中，保温的时间为3～6h。
13、进一步地，步骤3)中，惰性气体与碳源的体积比为(3～10)：1；
14、优选的，步骤3)中，干燥的温度为70～90℃。
15、本专利技术还提出上述任一所述的制备方法制备得到的杂原子掺杂分级介孔碳材料。
16、本专利技术还提出一种硅碳负极材料，所述硅碳负极材料由上述任一杂原子掺杂分级介孔碳材料结合纳米硅制备而得。
17、进一步地，采用硅沉积方式制备硅碳负极材料，所述硅沉积的沉积量控制在45～55wt％；
18、优选的，所述杂原子掺杂分级介孔碳材料经硅沉积处理后，还包括碳包覆，碳包覆的包覆量控制在3～5wt％。
19、本专利技术还提出上述任一所述的硅碳负极材料在锂离子电池中的应用。
20、本专利技术具有以下优势：
21、本专利技术提出的杂原子掺杂分级介孔碳材料及其制备方法、硅碳负极材料和应用，以负载有机杂原子源的mg2(oh)2co3为复合硬模板，通过气相碳沉积制备了杂原子掺杂分级介孔碳材料，其具有可控的孔隙结构，均匀稳定的杂原子掺杂以及较高的机械强度。高水平杂原子掺杂能够带来具有更大电负性的杂化体系，大量的层次化介孔能够提供更多的吸附中心，在储能应用中更有利于离子的吸附，使所得锂离子电池具有优异的循环稳定性，兼具高的可逆比容量和首次库伦效率。
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1.一种杂原子掺杂分级介孔碳材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
7.权利要求1～6任一项所述的制备方法制备得到的杂原子掺杂分级介孔碳材料。
8.一种硅碳负极材料，所述硅碳负极材料由权利要求7制备得到的杂原子掺杂分级介孔碳材料结合纳米硅制备而得。
9.根据权利要求8所述的硅碳负极材料，其特征在于，采用硅沉积方式制备硅碳负极材料，所述硅沉积的沉积量控制在45～55wt％；
10.权利要求8或9所述的硅碳负极材料在锂离子电池中的应用。
【技术特征摘要】
1.一种杂原子掺杂分级介孔碳材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
7.权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：邱小玉，张弛，杜宁，薛宇峰，闫允涛，杨雯月，余丽，岳敏，
申请(专利权)人：碳一新能源集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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