[发明专利]一种沥青基多孔炭纳米片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种沥青基多孔炭纳米片，以沥青为碳源，杂原子无机盐为掺杂剂，在熔盐的作用下直接炭化制得多孔炭纳米片。具体过称为：将沥青研磨成粉，倒入有机溶液中，搅拌溶解；将多种无机盐研磨混合均匀，将粉末倒入含有沥青的溶液，同时加入研磨成粉末的杂原子前驱体，常温搅拌一段时间后，加热搅拌蒸发溶剂，之后将样品干燥，使沥青均匀地覆盖于混合盐表面，然后将其转入反应釜中，并在惰性气氛下进行加热，最后自然降温至室温。将得到的产物取出，用去离子水洗涤、过滤和干燥后即可得到熔盐法制备杂原子掺杂的沥青基多孔炭纳米片。具有工艺简单、原料廉价易得等优点。

技术领域

本发明设计一种沥青基多孔炭纳米片及其制备方法，属于炭材料制备领域。

背景技术

二维炭纳米片材料是一种新型的炭材料，因具有独特的二维结构而为人们所研究。它具有高比表面积、高比容量、导电性能和机械性能优等优良的特性。目前这些二维材料的制备方法主要有模板法、化学气相沉积法和氧化石墨还原法等。然而模板法和化学气相沉积法制备过程复杂、成本较高且产率较低、不适合宏量生产；而氧化石墨还原法虽然能宏量制备，但所制得的二维材料结构缺陷多、石墨化程度低、机械性能和导电性差，以致储能倍率性能较低。探索工艺简单、成本低廉且性能优良的制备方法是促进二维炭纳米电极材料发展的关键。

熔盐法是指将盐与反应物按照一定比例配制反应混合物，混合均匀后，加热使盐融化，反应物在盐的熔体中进行反应，生成产物，冷却至室温后，用热的去离子水清洗数次去除其中的盐得到产物粉体。沥青是由不同分子量的碳氢化合物及其非金属衍生物组成的黑褐色复杂混合物。煤沥青由煤干馏得到的煤焦油再经蒸馏加工制成的沥青，石油沥青是原油蒸馏后的残渣。沥青具有价格低廉、残炭率高、流动性好的特点，是一种优质的炭素材料的原料。

二维炭纳米材料具有强的面内共价键，表面积大，表面原子暴露多的结构优势，在许多领域如储能、催化等均有广阔的应用前景。但是，二维纳米片具有不可避免的重新堆叠倾向，导致利用率低。此外，使用多步法进行孔结构构建和杂原子掺杂，增加了多孔炭制备的复杂性和成本，限制了此类多孔炭材料的实用化。因此，亟待寻找一种方法简单、成本低廉的方法，用于制备杂原子掺杂的多孔炭纳米片材料。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供一种以廉价的沥青为碳源，在有机溶液中，通过熔盐的介质作用，一步法直接炭化制备杂原子掺杂的沥青基多孔炭纳米片。

为了解决以上技术问题，本发明是通过以下技术方案予以实现的。

一种沥青基多孔炭纳米片，以沥青为碳源，杂原子无机盐为掺杂剂，在熔盐的作用下直接炭化制得多孔炭纳米片。

所用的沥青为煤沥青、石油沥青、天然沥青、中间相沥青中的一种或几种。

所用的熔盐为氯化锂、氯化钾、氯化钠、氯化钙、氯化钡中的一种或几种。

所述的杂原子为N时，掺杂所用化合物为LiNO₃、CO(NH₂)₂、NH₄NO₃、KNO₃或NaNO₃。

所述的杂原子为S时，掺杂所用化合物为Na₂S₂O₃、Na₂SO₄、K₂S₂O₃、K₂SO₄或CS(NH₂)₂。

所述的杂原子为P时，掺杂所用化合物为NaH₂PO₄、NaH₂PO₂、KH₂PO₄或KH₂PO₂。