[发明专利]一种B;N共掺杂的多孔碳纳米片及其制备方法和用途有效

专利信息
申请号: 201810459486.3 申请日: 2018-05-15
公开(公告)号: CN108529591B 公开(公告)日: 2019-11-22
发明(设计)人: 黎华明;刘备;阳梅;刘益江;陈红飙 申请(专利权)人: 湘潭大学
主分类号: C01B32/15 分类号: C01B32/15;H01G11/32;H01G11/86
代理公司: 11394 北京卓恒知识产权代理事务所(特殊普通合伙) 代理人: 徐楼<国际申请>=<国际公布>=<进入国
地址: 411105 湖南*** 国省代码: 湖南;43
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摘要:
搜索关键词: 多孔碳 氯乙基 制备 共掺杂 纳米片 硼酸 胺基 超级电容器电极 纳米片材料 胺盐酸盐 倍率性能 氮气保护 硼酸反应 循环寿命 电容 碱液 热解 成功
【说明书】:

发明公开一种B,N共掺杂的多孔碳纳米片及其制备方法,以二(2-氯乙基)胺盐酸盐为原料,通过与碱液混合制备二(2-氯乙基)胺。然后,在二(2-氯乙基)胺与硼酸反应得到二(2-氯乙基)胺基硼酸。接着,在氮气保护下将(2-氯乙基)胺基硼酸热解,成功制备出B,N共掺杂的多孔碳纳米片材料。本发明所制备的多孔碳纳米片B,N含量高,比表面积大;用作的超级电容器电极材料时,电容性能高,倍率性能好,循环寿命长。本方法操作简单,经济高效,可实现B,N共掺杂的多孔碳纳米片的工业化生产。

技术领域

本发明设计一种碳材料及其制备方法,特别涉及一种用于超级容器电极材料的B,N共掺杂的多孔碳纳米片及其制备方法,属于碳材料技术领域。

背景技术

多孔碳纳米片(CNS)材料是指以碳作为基本骨架、具有多孔超薄片状结构的新型二维材料。这类材料通常具有发达的孔隙、高的比表面积、超薄的二维片状结构、良好的导电性、优良的物理和化学稳定性等优点,使其在多相催化、生物传感、气体吸附与分离以及储能等很多领域具有较强的应用潜力。

纯的CNS表面官能团的种类和数量都较少,在应用中多孔碳材料的高比表面积不能得到充分利用。B/N原子与碳原子在结构上非常接近,可以通过控制制备过程,用B/N原子取代碳原子,在多孔碳材料中引入B/N原子,可以调节多孔碳材料的孔隙结构、改变材料的表面组成、提高材料的亲水性、增强材料的导电性能,极大的扩大了多孔碳材料的应用范围。另一方面,与传统的块状多孔碳材料相比,二维碳纳米片由于其独特的二维结构及暴露在表面的活性位点导致其有短的离子传输路径和很高的电子迁移率,从而使之在超级电容器和锂电池阳极的应用中表现出杰出的电化学性能。因此,为了满足需要,超薄的二维片状结构的构造和B/N原子掺杂是一种简单有效的改变碳材料电化学性能的方法。

目前,掺杂多孔碳纳米片材料的制备方法主要有直接活化法和模版法。活化法是在高温下热解具有层状结构和杂原子的前驱体,然后碳化后的前驱体与化学活化剂(例如KOH、H3PO4、ZnCl2)混合后高温活化。采用该方法制备过程繁琐,需要使用强腐蚀性的活化剂,导致成本增加,不利于工业化生产。模版法是使用模板(例如SiO2、FeCl3、蒙脱土(MT)等)作为模板或反应器,和含杂原子的前驱体充分混合后进行高温热解。通过模板对碳纳米片的结构和尺寸进行精准调控。但是,一些特殊结构的模版制备过程复杂,不利于碳纳米片的低成本生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种B,N共掺杂的多孔碳纳米片及其制备方法。该方法是基于液相反应的自组装法。与目前常用的活化法和模板法相比,该方法具有操作简单、环境友好、能耗低等显著优点,由于该方法避免了复杂的设备和化学活化的腐蚀性,所以具有可扩展性和可持续性。所制备的B,N共掺杂的多孔碳纳米片材料在超级电容器上具有极大的应用价值。

根据本发明提供的第一种实施方案,提供一种B,N共掺杂的多孔碳纳米片。

一种B,N共掺杂的多孔碳纳米片,它是通过包括以下制备方法所制备的:首先将二(2-氯乙基)胺盐酸盐和碱反应获得二(2-氯乙基)胺,然后将二(2-氯乙基)胺与硼酸反应获得二(2-氯乙基)胺基硼酸,再将二(2-氯乙基)胺基硼酸进行碳化,获得B,N共掺杂的多孔碳纳米片。

作为优选,所述B,N共掺杂的多孔碳纳米片具有1000m2g-1至2500m2g-1,优选1200m2g-1至2300m2g-1,更优选1500m2g-1至2000m2g-1的BET比表面积。

作为优选,所述B,N共掺杂的多孔碳纳米片具有20-100nm、优选25-80nm、更优选30-60nm的平均厚度。

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