【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于超级电容器电极材料，具体涉及一种在木材衍生碳孔道内部生长bcn纳米管的方法和应用。
技术介绍
1、作为能源开发的关键环节，能源储存一直被视为一个关键挑战。当下正值可再生能源蓬勃发展之际，高效的能源存储技术变得愈发重要。储能技术的发展进程直接影响到能源利用效率、电力系统稳定运行以及可持续发展理念的推进。在诸多储能技术中超级电容器因具有输出功率高、使用寿命长、储能性能好等特点而备受瞩目。而电极材料作为超级电容器的核心组成部分，直接决定着超级电容器的稳定性、能量密度、循环寿命等关键性能。然而，目前的电极材料仍存在着一些不足，如比表面积低、导电性能差、离子传输慢等。因此，寻找高效可持续的电极材料对于推动能源储存技术的发展具有重要意义。
2、木材作为一种可再生资源，具有天然的分级多孔结构，可以提供较大的比表面积，有利于电荷的存储和传输。而且经过碳化处理的木材可以作为独立的自支撑电极，不需要添加额外的导电剂和粘结剂就可以直接负载活性材料。然而，碳化木材也具有一些缺点，在长时间循环充放电过程中可能会发生结构的改变，导致电极性能下降。
3、纳米管作为一种重要的纳米材料，具有许多独特的优点：如优异的导电性、高比表面积和良好的电化学稳定性。其中，bcn纳米管作为一种新型纳米材料，更是引起了广泛关注。硼原子和氮原子的存在加速了电子的自由传输，使得bcn纳米管具有优异的电子传输性能，这种高速电子传输能够提高电极材料的导电性，从而提高电极材料的倍率性能。由于bcn纳米管具有优异的导电性和高比表面积，将其负载到木材衍生
4、因此，提供一种在木材衍生碳孔道内部生长bcn纳米管的方法是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种在木材衍生碳孔道内部生长bcn纳米管的方法。本专利技术通过简单的煅烧方法制备出具有优异电化学性能的bcn纳米管/木材衍生分级多孔碳。本专利技术制备的产品可以有效缓解长时间充放电造成的结构损伤问题，从而提高循环稳定性。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种在木材衍生碳孔道内部生长bcn纳米管的方法，包括以下步骤：
4、(1)用无水乙醇和水的混合液对木片进行超声清洗后干燥，完成对木片的预处理；
5、(2)将预处理的木片进行低温预氧化，然后进行高温碳化，得到碳化木材；
6、(3)将碳化木材打磨至0.5-3mm厚度；
7、(4)将打磨后的碳化木材浸于硼酸、聚乙二醇和尿素混合溶液中，通过真空加压的方式将混合溶液浸渍到碳化木材孔道内部，然后水冲洗碳化木材表面后进行干燥处理，得到样品a；
8、(5)将样品a在保护气体保护下进行高温煅烧，得到bcn纳米管/木材衍生碳材料；
9、(6)将bcn纳米管/木材衍生碳材料进行物理活化，得到bcn纳米管/木材衍生分级多孔碳。
10、进一步，步骤(1)所述木片包括但不限于杨木、椴木、松木、杉木等材质的木片。
11、进一步，步骤(1)中所述无水乙醇和水的混合液中无水乙醇与水的体积比为1:1。
12、进一步，步骤(1)中所述超声的具体参数为：超声功率为300～400w，频率为40khz，时间为2～4h。
13、进一步，步骤(1)中所述干燥为冷冻干燥，具体干燥方法为为：在真空度10～30pa，冷凝温度≤50℃下冷冻干燥时间为24h。
14、进一步，步骤(2)中所述低温预氧化方法为在150～250℃下低温预氧化4～8h；
15、所述高温碳化为在氮气气氛下，800～1000℃条件下碳化4～8h，高温碳化中气流量为40～80cm3 min-1。
16、进一步，步骤(3)中打磨采用砂纸进行打磨，砂纸为180～2000目。
17、进一步，步骤(4)中所述尿素、聚乙二醇和硼酸混合溶液中尿素、聚乙二醇与硼酸的质量比为3～18：0.3～1.8：0.15，上述原料依次加入到10ml的水中；其中，硼酸、尿素和聚乙二醇分别为硼源、氮源和碳源。
18、更进一步，所述聚乙二醇的分子量为1000～8000。
19、采用上述进一步方案的有益效果在于：本专利技术在碳骨架中掺杂氮(n)和硼(b)杂原子，可进一步提高碳材料的稳定性和能量密度。
20、进一步，步骤(4)中所述真空加压的方法为:采用旋片式真空泵多次加压，每次加压至-0.1mpa，加压时间为30min，保压20min后，常压保持10min，重复三次后在真空状态下保持4～12h。
21、进一步，步骤(5)中所述保护气体为氮气，高温煅烧方法为以2℃min-1的升温速率升温至800～1000℃，然后保持4～8h。
22、进一步，步骤(6)中所述物理活化温度为700～900℃，处理时间为8～12h。
23、本专利技术的有益效果在于：
24、本专利技术将木材碳化后可以保留其天然的多孔碳骨架结构，通过真空加压技术将bcn前驱体混合溶液填充到碳化木材孔道内部，然后在惰性气体的保护下进行高温煅烧制备出bcn纳米管/木材衍生碳材料，最后对其进行物理活化，得到bcn纳米管/木材衍生分级多孔碳材料。
25、本专利技术的方案中纳米管的填充不仅可以增加木材衍生碳的比表面积，还将提供更多的活性位点用于化学反应和电荷储存，而且在碳骨架中掺杂氮(n)和硼(b)杂原子，可以提高碳材料的稳定性和能量密度。
26、本专利技术的方法操作简单，不需要导电剂剂和粘结剂。
27、本专利技术还请求保护所制备的bcn纳米管/木材衍生分级多孔碳在超级电容器中的应用，其中在电流密度为5ma cm-2时，bcn纳米管/木材衍生碳和bcn纳米管/木材衍生分级多孔碳的面积比容量分别高达3427mf cm-2和5000mf cm-2，即使电流密度增加到200ma cm-2时，其面积比容量仍能达到2200mf cm-2和3629mf cm-2。
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1.一种在木材衍生碳孔道内部生长BCN纳米管的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种在木材衍生碳孔道内部生长BCN纳米管的方法，其特征在于，步骤(1)中所述超声的具体参数为：超声功率为300～400W，频率为40KHz，时间为2～4h。
3.根据权利要求1所述一种在木材衍生碳孔道内部生长BCN纳米管的方法，其特征在于，步骤(2)中所述低温预氧化方法为在150～250℃下低温预氧化4～8h；
4.根据权利要求1所述一种在木材衍生碳孔道内部生长BCN纳米管的方法，其特征在于，步骤(4)中所述硼酸、聚乙二醇和尿素混合溶液中，尿素、聚乙二醇与硼酸的质量比为3～18：0.3～1.8：0.15。
5.根据权利要求1或4所述一种在木材衍生碳孔道内部生长BCN纳米管的方法，其特征在于，所述聚乙二醇的分子量为1000～8000。
6.根据权利要求1所述一种在木材衍生碳孔道内部生长BCN纳米管的方法，其特征在于，步骤(4)中所述真空加压的方法为:采用旋片式真空泵多次加压，每次加压至-0.1Mpa，加压时间为30min，
7.根据权利要求1所述一种在木材衍生碳孔道内部生长BCN纳米管的方法，其特征在于，步骤(5)中所述保护气体为氮气，高温煅烧方法为以2℃min-1的升温速率升温至800～1000℃，然后保持4～8h。
8.根据权利要求1所述一种在木材衍生碳孔道内部生长BCN纳米管的方法，其特征在于，步骤(6)中所述物理活化温度为700～900℃，处理时间为8～12h。
9.一种BCN纳米管/木材衍生分级多孔碳，其特征在于，采用权利要求1-8任意项所述在木材衍生碳孔道内部生长BCN纳米管的方法制备得到。
10.一种权利要求9所述BCN纳米管/木材衍生分级多孔碳在超级电容器中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种在木材衍生碳孔道内部生长bcn纳米管的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种在木材衍生碳孔道内部生长bcn纳米管的方法，其特征在于，步骤(1)中所述超声的具体参数为：超声功率为300～400w，频率为40khz，时间为2～4h。
3.根据权利要求1所述一种在木材衍生碳孔道内部生长bcn纳米管的方法，其特征在于，步骤(2)中所述低温预氧化方法为在150～250℃下低温预氧化4～8h；
4.根据权利要求1所述一种在木材衍生碳孔道内部生长bcn纳米管的方法，其特征在于，步骤(4)中所述硼酸、聚乙二醇和尿素混合溶液中，尿素、聚乙二醇与硼酸的质量比为3～18：0.3～1.8：0.15。
5.根据权利要求1或4所述一种在木材衍生碳孔道内部生长bcn纳米管的方法，其特征在于，所述聚乙二醇的分子量为1000～8000。
6.根据权利要求1所述一种在木材衍生碳孔...
【专利技术属性】
技术研发人员：盛利志，杨洁，周晓明，樊璐文，林心如，
申请(专利权)人：北华大学，
类型：发明
国别省市：
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