[发明专利]一种掺杂碳材料的制备方法及其制得的掺杂碳材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种掺杂碳材料的制备方法及其制得的掺杂碳材料，属于碳材料及其改性技术领域。

背景技术

碳材料来源丰富，廉价易得，且本身具有密度小、比表面大、导电性、热稳定性及耐腐蚀性优良等优点而被广泛应用于催化剂载体、电极材料及气体分离净化等领域。

为了进一步提高碳材料的电化学性能，本领域研究者进行了大量的研究工作并证实对碳材料进行杂原子掺杂可以有效提高碳材料的电化学性质。尤其，氮原子是研究最多的掺杂剂，其可以在六元碳晶格引入更多的缺陷点位。近年来，除了氮元素，其他比氮元素电负性低的硼、磷或与其电负性相似的硫元素等掺杂的碳材料的电催化活性研究也引起了越来越多的关注。并且由于硫具有一对孤对电子，容易极化，可以提高碳材料的化学活性。不仅如此，最近的理论计算证明：氮、硫元素的共掺杂可以带来协同效应由于电荷密度和自旋密度的重新分配。然而，目前为止，合成杂原子掺杂碳材料的方法依然非常有挑战性，亟待开发出简单的新方法。

因此，提供一种简单、工艺成本低且适合大规模工业化生产的掺杂碳材料的新型制备方法已经成为本领域亟需解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种掺杂碳材料的制备方法。

本发明的目的还在于提供由所述掺杂碳材料的制备方法制备得到的掺杂碳材料。

本发明的目的又在于提供所述掺杂碳材料作为电极材料导电剂的应用。

为达到上述目的，本发明提供一种掺杂碳材料的制备方法，其包括以下步骤：

(1)、将碳材料浸渍于掺杂源溶液中，得到碳材料和掺杂源的混合物；

(2)、除去步骤(1)所得混合物中的溶剂，得到固相混合物；

(3)、在惰性气氛下煅烧步骤(2)得到的固相混合物；

(4)、将煅烧后的产物冷却，再经洗涤后干燥，得到所述掺杂碳材料；

其中，所述掺杂源包括硫源或氮硫源。

根据本发明具体的实施方案，当掺杂碳材料制备方法中所用掺杂源为硫源时，制备得到的材料为硫掺杂碳材料；当掺杂碳材料制备方法中所用掺杂源为氮硫源时，制备得到的材料为氮硫双掺碳材料。

在所述制备方法步骤(1)中浸渍为本领域常规技术手段，本申请在室温下进行浸渍，且碳材料在掺杂源溶液中混合均匀则浸渍结束。

在所述制备方法步骤(2)中，本领域技术人员可以根据所用溶剂的不同采用任何合适的方法除去步骤(1)所得混合物中的溶剂，只要保证可以实现去除溶剂的目的即可。

根据本发明具体的实施方案，在所述的制备方法中，优选地，所述碳材料包括石墨、多孔碳、碳纳米管、富勒烯、石墨烯、生焦及熟焦中的任一种。

在所述的制备方法中，优选地，所述硫源包括苯磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠及二苄基二硫中的一种或几种的组合。

在所述的制备方法中，优选地，所述氮硫源包括硫脲。

在所述的制备方法中，优选地，掺杂源溶液所用溶剂包括乙醇或水。

在所述的制备方法中，优选地，所述掺杂源与碳材料的质量比为0.5:1-15:1。

在所述的制备方法中，优选地，所述惰性气氛包括氩气或氮气。

在所述的制备方法中，优选地，所述煅烧为300-1000℃煅烧20-600min。

在所述的制备方法中，优选地，步骤(4)具体包括以下步骤：将煅烧后的产物冷却至室温，再用温水洗涤后干燥，得到所述掺杂碳材料；

更优选地，所述温水的温度为60-100℃。

在所述制备方法步骤(4)中干燥为本领域常规技术手段，本领域技术人员可以在合适的干燥设备中采用合适的干燥工艺对产物进行干燥处理，只要保证可以实现干燥的目的即可。

本发明还提供了由上述掺杂碳材料的制备方法制备得到的掺杂碳材料，优选地，当所述掺杂碳材料为硫掺杂碳材料时，其电导率为100-80000S/cm，掺硫量为0.1-15at％；

当所述掺杂碳材料为氮硫双掺碳材料时，其电导率为100-80000S/cm，掺硫量为0.1-15at％；掺氮量为0.1-15at％。

本发明还提供了所述掺杂碳材料作为电极材料导电剂的应用。

本发明所提供的制备方法简便易行，工艺成本低，适合大规模工业化生产。同时，制备得到的掺杂碳材料中氮、硫含量较高，导电性能优异，电化学性能很好，可应用在锂离子电池、电极等方面。

附图说明

图1为本发明实施例6制备得到的氮硫双掺石墨烯的XPS谱图；