[发明专利]锂-空气电池正极用氮掺杂的多孔碳材料

权利要求书

1.锂-空气电池正极用氮掺杂的多孔碳材料，其特征在于：所述氮掺杂的多孔碳材料具有相互贯通的分级孔结构，N均匀地掺杂于C骨架中，其中N占碳材料原子比0.2-15%，分级孔包括传质孔和沉积孔，沉积孔占总孔孔体积的40~95%，传质孔占总孔孔体积的4~55%，其余为孔径小于5nm的孔，沉积孔孔径为5~90nm，传质孔孔径为0.1~6um，传质孔间相互间距为0.1~8um，传质孔通过沉积孔相互连通，碳材料总孔容为0.5~5cm³/g。

2.根据权利要求1所述的氮掺杂的多孔碳材料，其特征在于：所述碳材料采用溶胶凝胶法结合模板法或溶胶凝胶法结合模板法和活化法制备而成。

3.根据权利要求2所述的氮掺杂的多孔碳材料，其特征在于：

所述碳材料采用溶胶凝胶法结合模板法按如下过程制备而成：将间苯二酚和模板分散于溶剂中，然后滴加甲醛溶液，30~80℃下搅拌混合均匀直至反应形成凝胶；将凝胶60～100℃下真空干燥老化3~10天处理，取出后粉碎研磨，得到固体粉末；经高温NH₃气氛下碳化后，用酸或碱除去模板，经过滤、干燥，即得多孔碳材料。

4.根据权利要求2所述的氮掺杂的多孔碳材料，其特征在于：

所述碳材料采用溶胶凝胶法结合模板法和活化法，包括在碳化过程中催化活化，或对溶胶凝胶法结合模板法制得的碳材料进行NH₃活化，二者中的一种或二种结合使用。

5.根据权利要求4所述的氮掺杂的多孔碳材料，其特征在于：采用溶胶凝胶法结合模板法并在碳化过程中催化活化按如下过程制备而成：

将间苯二酚和模板分散于溶剂中，然后添加金属盐或金属氢氧化物继续溶解分散，然后滴加甲醛溶液，30~80℃下搅拌混合均匀直至反应形成凝胶；将凝胶60～100℃下真空干燥老化3~10天处理，取出后粉碎研磨，得到固体粉末；经高温NH₃气氛下碳化后用酸或碱除去模板和金属盐或金属氢氧化物，经过滤、干燥，即得多孔碳材料。

6.根据权利要求5所述的氮掺杂的多孔碳材料，其特征在于：

所述金属盐或金属氢氧化物为含Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Pt、Pd、Au、Ir、Ru、Nb、Y、Rh、Cr、Zr、Ce、Ti、Mo、Mn、Zn、W、Sn、La及V的一种或二种以上金属盐或金属氢氧化物；金属盐为金属的硝酸盐、碳酸盐、硫酸盐、醋酸盐、卤化物、二亚硝基二胺盐、乙酰丙酮化物、或大环络合物及卟啉化物、酞箐化物中的一种或二种以上。其中金属盐或金属氢氧化物与间苯二酚的质量百分比范围为1~15%。

7.根据权利要求4所述的氮掺杂的多孔碳材料，其特征在于：对采用溶胶凝胶法结合模板法制得的碳材料进行NH₃活化按如下过程制备而成：

将间苯二酚和模板分散于溶剂中，然后滴加甲醛溶液，30~80℃下搅拌混合均匀直至反应形成凝胶；将凝胶60～100℃下真空干燥老化3~10天处理，取出后粉碎研磨，得到固体粉末；经高温N₂或Ar碳化后，得到的碳材料在NH₃气氛下进行热处理活化；热处理温度控制在400~1300℃，时间控制在10min~6h，N₂或Ar、NH₃进气流量控制在2~100ml/min。

8.根据权利要求3或5所述的氮掺杂的多孔碳材料，其特征在于：

所述模板为SiO₂溶胶、沸石、介孔Al₂O₃、介孔SiO₂、氧化镁、醋酸镁、葡萄糖酸镁、氧化铜、氧化锌、氧化亚铁、三氧化二铁、碳酸钙、碳酸镁、四氧化三铁、二氧化锡、二氧化硅、氧化铝、氧化锆、三氧化钼、三氧化二钒、氧化钛纳米粉体、金属镍氢氧化物、金属铁氢氧化物、金属镁的氢氧化物、二氧化硅微球、聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球中的一种或多种，其中模板粒径尺寸范围在5~8000nm。