[发明专利]一种杂原子掺杂的多孔碳纳米带材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种杂原子掺杂的多孔碳纳米带材料的制备方法，其特征在于，所述多孔碳纳米带材料掺杂两种以上杂原子，所述杂原子包括：氮、氧、硫、磷或氯；

所述多孔碳纳米带的长宽比为1000：1~8000：1；宽度范围为0.05μm ~10μm；

所述制备方法包括如下步骤：将水溶性碳前驱体，水溶性碱金属含氧酸盐，水混合，将混合溶液作为纺丝原液，进行静电纺丝，得到原丝，将得到的原丝进行后处理制备得到所述多孔碳纳米带材料；

所述水溶性碱金属含氧酸盐与水溶性碳前驱体的质量比为1:1~1:10；

所述后处理包括：对原丝进行预氧化，碳化，水洗，干燥处理；

所述预氧化的过程包括：将原丝在空气气氛下，100~200℃保温0.5~2h，再升温至200~350 ℃保温0.5~2h；

所述碳化处理过程包括：将预氧化后的原丝在惰性气体气氛中500~800℃保温0.5~2h；

所述干燥处理的温度为60~120 ℃。

2.如权利要求1所述的杂原子掺杂的多孔碳纳米带材料的制备方法，其特征在于，所述水溶性碳前驱体包括：聚天冬氨酸、丝氨酸、甘氨酸、维生素B1、叶酸、羧甲基纤维素、明胶和甜菜碱中的至少一种；

和/或，所述水溶性碱金属含氧酸盐包括：硫酸钾、硫酸钠、硫酸锂、磷酸钾、磷酸钠、硝酸钾、亚硝酸钠、四硼酸钾、四硼酸钠、四硼酸锂和次氯酸钠中的至少一种。

3.如权利要求1或2所述的杂原子掺杂的多孔碳纳米带材料的制备方法，其特征在于，水溶性碳前驱体与水的质量比为1:1~1:20；

和/或，所述纺丝原液中水溶性碱金属含氧酸盐的浓度范围在0.0002g/cm³~1 g/cm³。

4.如权利要求1所述的杂原子掺杂的多孔碳纳米带材料的制备方法，其特征在于，所述多孔碳纳米带材料中，所述氮的原子百分比为0.2~10 at.%；

或，所述氧的原子百分比为5~25 at.%；

或，所述硫的原子百分比为0.1~10 at.%；

或，所述磷的原子百分比为0.1~10 at.%；

或，所述氯的原子百分比为0.1~10 at.%。

5.如权利要求1或4所述的杂原子掺杂的多孔碳纳米带材料的制备方法，其特征在于，所述多孔碳纳米带的厚度范围为1 nm~100 nm。

6.如权利要求1或4所述的杂原子掺杂的多孔碳纳米带材料的制备方法，其特征在于，所述多孔碳纳米带的孔径范围在0.5 nm ~50 nm；

和/或，孔容范围为0.1 cm³/g ~1.5 cm³/g；

和/或，比表面积为600 m²/g ~2000 m²/g。

7.如权利要求1或2所述的杂原子掺杂的多孔碳纳米带材料的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝的工艺条件包括：纺丝温度40~80 ℃，纺丝时间0.5~48h，正压5~18kV，负压-8~-1 kV，接收距离5~25 cm，推进速度0.02~0.16 mm/min。

8.如权利要求1~7任一项所述的方法制备得到多孔碳纳米带材料在电池负极中的应用或在快充锂离子电池中的应用。