[发明专利]一种氮掺杂多孔碳生物质基电极材料的制备方法

说明书

本发明涉及电极材料领域，具体公开了一种氮掺杂多孔碳生物质基电极材料的制备方法，提供一种以竹叶为原料，通过N2氛围下高温碳化、再加入KOH、三聚氰胺对其氮化等步骤得到一种氮掺杂多孔碳生物质基电极材料。将氮掺杂多孔碳生物质基电极材料用作超级电容器电极材料时，经测试表现出优良的电学性能，如循环稳定性强、功率密度与能量密度高等。与大多数电极材料相比，该氮掺杂多孔碳生物质基电极材料具有优良的研究价值与应用前景。

技术领域

本发明涉及电极技术领域，具体涉及一种氮掺杂多孔碳生物质基电极材 料的制备方法。

背景技术

环保再生材料逐渐受到人们的关注。生物质基聚合物通常由二氧化碳与 可再生资源(如秸秆、淀粉、木材、棉麻)为原料生产，来源广泛，价格低 廉，十分具有发展潜力和使用价值，将物理、化学及相关技术的交叉融合， 拓宽生物质材料的研究范围成为未来发展趋势。我国地大物博，植物作物、 微生物、生物质资源丰富，尤其竹类资源，约占世界竹林总面积的3％，通 过加工、出口，竹子产业的蓬勃发展为我国林业带来不小的贡献。然而加工产生的大量废屑、残渣，若不进行妥善处理将造成严重的环境污染，将残渣 收集利用，加以物理化学处理，可作为优良的改性材料。

目前随着科技的迅猛发展，电子设备也从研发阶段趋近商业化，为满足 人们日益增长的消费需求，生产小巧便携、柔性化、成本低的电子器件成为 市场主导方向。与传统锂电池相比，超级电容器具有多种优势，如成本低、 可循环次数多、快速充放电、具有更高能量密度与功率密度等，因此在航天 器、汽车、可穿戴电子品方面得到了大规模应用，人们也在不断寻找性价比 较高的电极材料。将收集好的竹叶残渣在高温下碳化，再对其氮化进行改性， 可制备性能更好的新型氮掺杂多孔碳生物质基电极材料，具有价格低廉，原 料易得易制，工艺简单、绿色环保等优势，更重要的是处理了大量农作物废 物，真正实现物尽其用的同时又能达到较高的经济收益，是一种有开发前景 的电极材料制备技术。

发明内容

本发明的目的在于充分利用简单易得的生物质材料——竹叶，经加工处 理，开发新型的绿色环保电容器材料，提供一种氮掺杂多孔碳生物质基电极 材料的制备方法。

本发明所要解决的技术问题是提供一种氮掺杂多孔碳生物质基电极材 料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将生物质原料清洗烘干后，在500～550℃的N₂气氛中进行碳化，然 后粉碎研磨，

(2)将粉粹后生物质与KOH、三聚氰胺以1：(1.5～2)：(1.5～2)的重量 比例混合，搅拌30～45min，60～70℃干燥，

(3)将上述样品再次放置于700～750℃的N₂气氛中，碳化2～2.5h后取 出，室温下冷却。

本发明优选技术方案中，步骤(1)中，将收集到的生物质原料依次用 去离子水、无水乙醇清洗。

本发明优选技术方案中，步骤(1)中，N2氛围下碳化2～2.5h。

本发明优选技术方案中，生物质原料包括树叶，树皮，优选为竹叶。

本发明提供一种的氮掺杂多孔碳生物质基电极材料的制备方法，包括以 下步骤：

A.将收集的竹叶先用去离子水洗涤，除去上面污垢，再用无水乙醇清洗， 把干净的竹叶放置于60～70℃烘箱中20～30min，加热干燥；

B.取出干燥的竹叶，放入500～550℃高温管式炉中，通入N2，使其 在N2氛围下碳化2～2.5h；

C.将碳化后的竹叶置于研钵中，研磨成粉末状，再将其与KOH、三聚 氰胺以1：(1.5～2)：(1.5～2)的重量比例混合，加入锥形瓶中，放入搅拌子， 在磁力搅拌器上搅拌30～45min；