[发明专利]微观结构易于调控的多孔碳电极材料及其制备方法和用途

权利要求书

1.一种微观结构易于调控的多孔碳电极材料，其特征在于，所述多孔碳电极材料具有长程无序、短程有序的特性，是通过向富碳原料中引入极性基团制成两亲性富碳材料，然后将两亲性富碳材料与生物质材料和/或聚合单体加水混合后进行凝胶化，再经交联固化、高温裂解制备而成；所述两亲性富碳材料具有亲水基团，所述亲水基团为-COOH、-OH、-SO₃H、-NH₂、-C＝O、-NO₂亲水基团中的一种或多种；两亲性富碳材料与水的接触角为0～60°；两亲性富碳材料的平均粒径为500nm～5μm，灰分0～1％；通过调节原材料的配比、凝胶含水率、交联固化及高温裂解时的处理温度，能够对多孔碳电极材料的微观结构进行调控。

2.根据权利要求1所述的一种微观结构易于调控的多孔碳电极材料，其特征在于，所述富碳原料是无烟煤、烟煤、褐煤、兰炭、高温、中低温煤焦油的延迟焦、针状焦、冶金焦、石油焦、高温煤焦油、中低温煤焦油中的一种或任意几种的混合物。

3.根据权利要求1或2所述的一种微观结构易于调控的多孔碳电极材料，其特征在于，所述富碳原料为颗粒状，平均粒径为500nm～5μm，灰分为0～10％。

4.根据权利要求1所述的一种微观结构易于调控的多孔碳电极材料，其特征在于，所述生物质材料的前驱体是葡萄糖、蔗糖、海藻酸、腐殖酸、木质素、纤维素、淀粉中的一种或任意几种的混合物，或含上述物质的植物和植物果壳。

5.根据权利要求1所述的一种微观结构易于调控的多孔碳电极材料，其特征在于，所述聚合单体为丙烯酸或丙烯酰胺。

6.如权利要求1所述的一种微观结构易于调控的多孔碳电极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)通过氧化法向富碳原料中引入-COOH、-OH,-SO₃H,-NH₂、-C＝O,-NO₂亲水基团，制成两亲性富碳材料；

2)将两亲性富碳材料、生物质材料、聚合单体按1∶(0.01～5)∶(0～5)的重量份比例分散在1～100重量份的水中，混合均匀并将得到的凝胶干燥固化；在此过程中，如聚合单体的加入量＞0，则依次加入交联剂、引发剂进行聚合反应；其中交联剂用量为丙烯酰胺重量的0.01～10％；引发剂用量为丙烯酰胺重量的0.01～5％；如聚合单体的加入量为零，则不加交联剂和引发剂；

3)将步骤2)得到的凝胶在惰性气氛下升温至400℃～600℃进行交联固化反应，升温速率为0.2～10℃/min，反应时间0.5～5h；

4)将步骤3)得到的固化后的凝胶在惰性气氛下升温至800℃～1600℃进行高温裂解反应，升温速率为0.2～10℃/min，反应时间0.5～5h；

5)将经步骤4)高温裂解后的物质冷却至室温，粉碎后即得到多孔碳电极材料。

7.根据权利要求6所述的一种微观结构易于调控的多孔碳电极材料的制备方法，其特征在于，所述交联剂为二乙烯基苯、双甲基丙烯酸乙二醇酯、N,N-亚甲基双烯酰胺、三烯丙基三聚氰酸酯中的一种。

8.根据权利要求6所述的一种微观结构易于调控的多孔碳电极材料的制备方法，其特征在于，所述引发剂为过硫酸铵。

9.如权利要求1所述的一种微观结构易于调控的多孔碳电极材料的用途，其特征在于，所述多孔碳电极材料用作钠离子电池的负极材料，或用作超级电容器的电极材料。