【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种氮掺杂生物炭及其制备方法和应用，具体涉及一种具有贯通性介孔的氮掺杂生物炭及其制备方法和应用，属于生物炭。
技术介绍
1、随着科技的发展，人们对能源储存和转化的需求不断增加，这促使研究人员开发出各种新型的电化学储能材料。其中，超级电容器作为一种重要的电化学储能器件，具有高功率密度、快速充放电、循环寿命长等优点，被广泛应用于移动设备、混合动力汽车和电力系统中。然而，现有的超级电容器通常存在能量密度低、成本高、电化学性能有待进一步提高等问题，因此开发出一种具有高能量密度、优异的电化学性能且成本较低的超级电容器电极材料是当前的研究重点。
2、生物炭作为一种生物质资源的高效利用方式，具有丰富的孔结构和良好的电导率，在能源储存与转化领域具有广泛的应用前景。
3、对于电容炭而言，影响其性能的主要因素有三个：
4、（1）比表面积。理论上，比表面积越大，储存电荷的位点就越多，性能越好。
5、（2）表面元素掺杂。尤其是氮元素的掺杂，可以提高表面导电性、提供一定赝电容的电荷存储效果，极大提升材料性能。
6、（3）发达的多级孔结构。材料中的微孔主要用于存储电荷，而介孔提供离子传输的通道。发达的介孔能够显著加速离子传输，主要提升材料的倍率性能。
7、然而，现有技术在制备具有介孔结构的生物碳时，往往是利用生物质自身的结构，制备得到的生物炭通常存在比表面积不高、孔结构不发达、电化学性能不佳等问题，限制了其在超级电容器等领域的应用。因此，开发具有高比表面积、发达孔结构、优
技术实现思路
1、为解决现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种具有贯通性介孔的氮掺杂生物炭及其制备方法和应用。
2、为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：
3、一种具有贯通性介孔的氮掺杂生物炭的制备方法，包括以下步骤：
4、（1）制备二氧化硅纳米线：将十六烷基三甲基氯化铵和三羟甲基氨基甲烷加入到由乙醇和水组成的混合溶液中，充分搅拌乳化，然后迅速加入正硅酸乙酯，搅拌均匀后于60～70℃烘箱中反应2～3h，得到二氧化硅纳米线的溶液，烘干溶液并研磨得到固体粉末；
5、（2）制备高度交联的聚合物：将步骤（1）得到的固体粉末加入到木质素溶液中，30～50℃下充分搅拌2h，再加入浓硫酸，充分搅拌、混合，然后于120～140℃烘箱中反应4～6h，得到高度交联的聚合物；
6、（3）制备氮掺杂的生物炭：将步骤（2）得到的高度交联的聚合物碳化，得到氮掺杂的生物炭；
7、（4）反应除去二氧化硅纳米线：将步骤（3）得到的氮掺杂生物炭加入到氢氟酸中，反应除去二氧化硅纳米线，得到具有贯通性介孔的氮掺杂生物炭。
8、优选的，在步骤（1）中，十六烷基三甲基氯化铵、三羟甲基氨基甲烷和正硅酸乙酯的用量比例为2.5g：10～20g：5ml。
9、优选的，在步骤（2）中，固体粉末、木质素、浓硫酸的用量比例为1g：2.4～3g：50～70µl。
10、优选的，在步骤（3）中，碳化的工艺为：在800℃下碳化2h。
11、优选的，在步骤（4）中，氮掺杂生物炭与氢氟酸的用量比例为1g：3ml。
12、一种根据前述制备方法得到的具有贯通性介孔的氮掺杂生物炭。
13、前述的具有贯通性介孔的氮掺杂生物炭在制备超级电容器电极材料中的应用。
14、本专利技术的有益之处在于：
15、（1）本专利技术以原位合成的二氧化硅纳米线作为硬模板，制备得到的氮掺杂生物炭具有贯通性介孔结构，用该具有贯通性介孔结构的氮掺杂生物炭制作超级电容器的电极时，可以极大的加速超级电容器内部的离子传输，提升超级电容器的电容量和倍率性能；
16、（2）本专利技术以硫酸作为催化剂来催化前驱体的缩合反应，在之后的碳化过程中又以硫酸作为活化剂，实现了碳化、活化同步进行，极大的简化了氮掺杂生物炭的制备工序。
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1.一种具有贯通性介孔的氮掺杂生物炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的具有贯通性介孔的氮掺杂生物炭的制备方法，其特征在于，在步骤（1）中，十六烷基三甲基氯化铵、三羟甲基氨基甲烷和正硅酸乙酯的用量比例为2.5g：10～20g：5mL。
3.根据权利要求1所述的具有贯通性介孔的氮掺杂生物炭的制备方法，其特征在于，在步骤（2）中，固体粉末、木质素、浓硫酸的用量比例为1g：2.4～3g：50～70µL。
4.根据权利要求1所述的具有贯通性介孔的氮掺杂生物炭的制备方法，其特征在于，在步骤（3）中，碳化的工艺为：在800℃下碳化2h。
5.根据权利要求1所述的具有贯通性介孔的氮掺杂生物炭的制备方法，其特征在于，在步骤（4）中，氮掺杂生物炭与氢氟酸的用量比例为1g：3mL。
6.一种根据权利要求1至5任意一项所述制备方法得到的具有贯通性介孔的氮掺杂生物炭。
7.权利要求6所述的具有贯通性介孔的氮掺杂生物炭在制备超级电容器电极材料中的应用。
【技术特征摘要】
1.一种具有贯通性介孔的氮掺杂生物炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的具有贯通性介孔的氮掺杂生物炭的制备方法，其特征在于，在步骤（1）中，十六烷基三甲基氯化铵、三羟甲基氨基甲烷和正硅酸乙酯的用量比例为2.5g：10～20g：5ml。
3.根据权利要求1所述的具有贯通性介孔的氮掺杂生物炭的制备方法，其特征在于，在步骤（2）中，固体粉末、木质素、浓硫酸的用量比例为1g：2.4～3g：50～70µl。
4....
【专利技术属性】
技术研发人员：杨华伟，赵欣雨，陈厚，柏良久，杨丽霞，尹坤，魏东磊，
申请(专利权)人：鲁东大学，
类型：发明
国别省市：
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