一种杂原子掺杂碳材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种杂原子掺杂碳材料及其制备方法及其在催化氧气还原反应领域的应用。该杂原子掺杂碳材料的制备方法是：依次将只含有卤素的有机高分子、含有杂原子的有机物和碳化钙分散在强极性溶剂中，于160-200℃环境进行预混和碳化。再将得到的固体产物，在惰性气氛下于700-900℃进行高温焙烧，得到杂原子掺杂碳材料，所掺杂的杂原子为N、S、B或P。该方法原材料便宜易得，操作简单。制备的杂原子掺杂碳材料具有较高的石墨化程度，且具有高导电性高和高活性催化中心等特性。修饰有该碳材料的电极可以高效地催化氧气还原反应。同时，其在超级电容器材料、锂电池等能量存储领域也存在潜在的应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种杂原子掺杂的碳材料及其制备方法。并将该掺杂的碳材料制备成电极，用于超电容和催化氧气还原反应。
碳元素特殊的成键性质使得碳材料的身影遍布各个领域。针对电化学领域来说，碳材料的兼容性、可操作性、廉价、高稳定性和高性能不但对科学研究也有着非常重要的意义，对实际生产也具有极大的吸引力。目前，其经济和操作性高的特点使其在氧气还原反应催化领域存在潜在替代商业钼碳催化剂的可能。而氧气还原反应是燃料电池、锂空气电池等领域的关键反应，此步骤效率的提高可以极大推动燃料电池和锂空气电池等实际应用的推广。目前已有很多种用于催化氧气还原 反应的杂原子掺杂的碳材料。研究者基本沿着杂原子掺杂碳材料的两条主线进行实验:1)使用石墨烯作为碳基体，含有杂原子的有机物与石墨烯共混，高温下焙烧。如 Liang 等[Angew.Chem.1nt.Ed., 2012, 51, 11496-11500.]使用三聚氰胺与氧化石墨烯液相混合后，焙烧后得到可催化ORR的氮掺杂碳材料。2)使用具有高反应性官能团的有机分子，与其他有机分子反应，得到的产物再进行焙烧。如Lyth等[J.Phys.Chem.C，2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种杂原子掺杂碳材料的制备方法，具体步骤如下：A.将只含有卤素的有机高分子溶解到强极性溶剂中，使只含有卤素的有机高分子的浓度为0.0125?0.15g/mL，搅拌或超声使其均匀分散，之后加入含有杂原子的有机物，其摩尔量与含有卤素的有机高分子链段摩尔量之比为1:20?1:4之间，搅拌或超声使其分散均匀，再加入与含有卤素的有机高分子链段摩尔量摩尔数之比在1:4?4:1之间的碳化钙粉末，超声或搅拌使之形成均匀的悬浊液，将此悬浊液放入聚四氟乙烯水热反应釜中，于160?200℃反应12?36小时，反应结束后，自然冷却到室温，取出反应产物，清洗2?3次，60?100℃干燥，得到初步碳化产物；所述的只含有卤...

【技术特征摘要】
1.一种杂原子掺杂碳材料的制备方法，具体步骤如下: A.将只含有卤素的有机高分子溶解到强极性溶剂中，使只含有卤素的有机高分子的浓度为0.0125-0.15g/mL，搅拌或超声使其均匀分散，之后加入含有杂原子的有机物，其摩尔量与含有卤素的有机高分子链段摩尔量之比为1:20-1:4之间，搅拌或超声使其分散均匀，再加入与含有卤素的有机高分子链段摩尔量摩尔数之比在1:4-4:1之间的碳化钙粉末，超声或搅拌使之形成均匀的悬浊液，将此悬浊液放入聚四氟乙烯水热反应釜中，于160-200°C反应12-36小时，反应结束后，自然冷却到室温，取出反应产物，清洗2-3次，60-100°C干燥，得到初步碳化产物； 所述的只含有卤素的有机高分子为聚偏二氟乙烯、聚氯乙烯或聚偏二氯乙烯，所述的强极性溶剂为氮氮二甲基甲酰胺、氮氮二甲基乙酰胺、二甲基亚砜或氮甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙晓明，张国新，常铮，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：