一種含氮碳材料的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種碳材料的制備方法，尤其是設及一種含氮碳材料的制備方法。
【背景技術】
[0002] 碳材料由于具有較高的比表面積和較好的化學穩定性，在吸附與分離、催化劑 載體、電極材料等領域有著十分廣闊而又非常重要的應用前景。含氮碳材料通常是由 含氮豐富的聚合物或材料作為前驅體碳化得到，其中含有較多的氮元素會導致碳材料 本身性質結構發生變化，諸如；改變材料本身對電子的傳導能力，改變材料表面的潤濕 性能等。將其碳化制備成含氮豐富的碳材料從而避免充放電衰減成為近年來研究的熱 點，例女曰：（Preparationandelectrochemicalperformanceofpolyaniline-based carbonnanotubesaselectrodematerialforsupercapacitor,Electrochemic aActa, 55(2010)7021-7027)和（Nitrogen-enrichedcarbonnanowiresfromthe directcarbonizationofpolyanilinenanowiresanditselectrochemical properties,ElectrochemistryCommunications, 13 (2011)242-246)。
[0003] 聚蒙二胺作為一種含氮豐富的導電聚合物在作為超級電容器電極材料時，有著較 大的比電容，但其在較長循環次數后會表現出充放電衰減的現象。在形成蒙二胺聚合物時， 分子結構會形成異于聚苯胺單鏈的雙鏈結構，且氮原子參與形成六元環，該種結構在碳化 過程中會或多或少保留下來進而影響含氮碳材料的電化學性能，因此聚蒙二胺是一種較好 的含氮碳材料前驅體。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種工藝簡單、操作 方便、具有較高比電容的含氮碳材料的制備方法。
[0005] 本發明的目的可W通過W下技術方案來實現：
[0006] 一種含氮碳材料的制備方法，將聚蒙二胺置于惰性氣氛中，在600~900°C下熱解 碳化，得到含氮碳材料。
[0007] 所述的惰性氣氛為氮氣或氣氣。
[0008] 惰性氣氛的氣體流速為0. 03~0.化/min。
[0009] 所述的熱解碳化的時間為1~lOh。
[0010] 所述的聚蒙二胺為氧化法制備的聚蒙二胺或市售聚蒙二胺。
[0011] 本發明選擇聚蒙二胺作為碳源，聚蒙二胺作為一種含氮豐富的聚合物，其在高溫 碳化過程中，部分元素會W氣體的形式脫離，該一過程會豐富碳材料的孔道結構。如下面聚 蒙二胺的結構所示，由于具有雙鏈、梯形的特殊結構，會使部分氮元素殘留在碳化產物中， 從而形成氮元素含量較高的碳材料，本發明為高溫隔絕空氣熱解，制備得到具有一定微觀 形貌的含氮碳材料，所制備的材料為超級電容器電極材料，其比電容在lOOF/gW上，可應 用于超級電容器儲能領域。
[0012]
[001引聚蒙二胺結構式
[0014] 與現有技術相比，本發明具有W下優點及有益效果：
[0015] 1、本發明在制備過程中，不需要模板和添加劑，且具有合成條件簡單、操作方便等 優點。
[0016] 2、本發明所制備的含氮碳材料的比表面積在356~532mVg之間，在作為超級電 容器電極材料時，其比電容均在lOOF/gW上。
【具體實施方式】
[0017] 下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。
[001引 實施例1
[0019] 將通過氧化法自制的聚蒙二胺置于氮氣氣氛中，氣體流速為0.IL/min，在600°C 條件下碳化化，得到聚蒙二胺基含氮碳材料，其比表面積為386mVg，比電容為176F/g。
[0020] 實施例2
[002U 將通過氧化法自制的聚蒙二胺其置于氮氣氣氛中，氣體流速為0.IL/min，在 700°C條件下碳化化，得到聚蒙二胺基含氮碳材料，其比表面積為422mVg，比電容為223F/g。
[0022] 實施例3
[0023] 將通過氧化法自制的聚蒙二胺其置于氮氣氣氛中，氣體流速為0.化/min,在 800°C條件下碳化化，得到聚蒙二胺基含氮碳材料，其比表面積為454mVg，比電容為163F/ g。
[0024] 實施例4
[0025] 將通過氧化法自制的聚蒙二胺其置于氮氣氣氛中，氣體流速為0.化/min,在 900°C條件下碳化化，得到聚蒙二胺基含氮碳材料，其比表面積為488mVg，比電容為156F/ g。
[0026] 實施例5
[0027] 將市售聚蒙二胺置于氮氣氣氛中，氣體流速為0.IL/min，在600°C條件下碳化化， 得到聚蒙二胺基含氮碳材料，其比表面積為356mVg，比電容為133F/g。
[002引實施例6
[0029] 將市售聚蒙二胺置于氣氣氣氛中，氣體流速為0.IL/min，在700°C條件下碳化化， 得到聚蒙二胺基含氮碳材料，其比表面積為389mVg，比電容為147F/g。
[0030] 實施例7
[0031] 將市售聚蒙二胺置于氮氣氣氛中，氣體流速為0. 〇3L/min，在800°C條件下碳化 2h，得到聚蒙二胺基含氮碳材料，其比表面積為395mVg，比電容為139F/g。
[0032] 實施例8
[0033] 將市售聚蒙二胺置于氣氣氣氛中，氣體流速為0.06L/min，在900°C條件下碳化 2h，得到聚蒙二胺基含氮碳材料，其比表面積為402mVg，比電容為128F/g。
[0034] 實施例9
[0035] 將市售聚蒙二胺置于氮氣氣氛中，氣體流速為0.化/min,在700°C條件下碳化化， 得到聚蒙二胺基含氮碳材料，其比表面積為388mVg，比電容為153F/g。
[0036] 實施例10
[0037] 將通過氧化法自制的聚蒙二胺置于氮氣氣氛中，氣體流速為0.化/min,在600°C 條件下碳化化，得到聚蒙二胺基含氮碳材料，其比表面積為387mVg，比電容為165F/g。
[003引 實施例11
[0039] 將通過氧化法自制的聚蒙二胺置于氮氣氣氛中，氣體流速為0.IL/min，在700°C 條件下碳化比，得到聚蒙二胺基含氮碳材料，其比表面積為432mVg，比電容為213F/g。
[0040] 實施例12
[004U 將通過氧化法自制的聚蒙二胺置于氣氣氣氛中，氣體流速為0.1 L/min，在800°C 條件下碳化化，得到聚蒙二胺基含氮碳材料，其比表面積為443mVg，比電容為168F/g。
[0042]實施例13
[004引將通過氧化法自制的聚蒙二胺置于氮氣氣氛中，氣體流速為0.IL/min，在700°C條件下碳化化，得到聚蒙二胺基含氮碳材料，其比表面積為454mVg，比電容為193F/g。
[0044] 實施例14
[0045] 將通過氧化法自制的聚蒙二胺其置于氣氣氣氛中，氣體流速為0.IL/min，在 900°C條件下碳化lOh，得到聚蒙二胺基含氮碳材料，其比表面積為532mVg，比電容為143F/ g。
[0046] 實施例1-14所得的聚蒙二胺基含氮碳材料的比電容均在lOOF/g W上。
[0047] 上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和使用發明。 熟悉本領域技術的人員顯然可W容易地對該些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般 原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限于上述實施例，本領 域技術人員根據本發明的揭示，不脫離本發明范疇所做出的改進和修改都應該在本發明的 保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種含氮碳材料的制備方法，其特征在于，將聚萘二胺置于惰性氣氛中，在600~ 900°C下熱解碳化，得到含氮碳材料。
2. 根據權利要求1所述的一種含氮碳材料的制備方法，其特征在于，所述的惰性氣氛 為氮氣或氬氣。
3. 根據權利要求1所述的一種含氮碳材料的制備方法，其特征在于，惰性氣氛的氣體 流速為 〇? 03 ~0? 3L/min。
4. 根據權利要求1所述的一種含氮碳材料的制備方法，其特征在于，所述的熱解碳化 的時間為1~l〇h。
5. 根據權利要求1所述的一種含氮碳材料的制備方法，其特征在于，所述的聚萘二胺 為氧化法制備的聚萘二胺或市售聚萘二胺。
【專利摘要】本發明涉及一種含氮碳材料的制備方法，將聚萘二胺置于惰性氣氛中，在600～900℃下熱解碳化，得到含氮碳材料；惰性氣氛為氮氣或氬氣；惰性氣氛的氣體流速為0.03～0.3L/min；熱解碳化的時間為1～10h。與現有技術相比，本發明選擇聚萘二胺作為碳源，聚萘二胺作為一種含氮豐富的聚合物，其在高溫碳化過程中，部分元素會以氣體的形式脫離，這一過程會豐富碳材料的孔道結構。由于聚萘二胺的特殊結構，會使部分氮元素殘留在碳化產物中，從而形成氮元素含量較高的碳材料，本發明為高溫隔絕空氣熱解，制備得到具有一定微觀形貌的含氮碳材料，所制備的材料為超級電容器電極材料，其比電容在100F/g以上，可應用于超級電容器儲能領域。
【IPC分類】H01G11-24, H01G11-38, H01G11-86
【公開號】CN104701027
【申請號】CN201510096417
【發明人】朱大章, 汪亞威, 孫冬梅, 程可, 陳婷
【申請人】同濟大學
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年3月4日