[发明专利]一种用于超级电容器电极的氮、硼掺杂多孔炭及其制备方法

权利要求书

1.一种用于超级电容器电极的氮、硼掺杂多孔炭，其特征在于，其是以天然芦苇杆为原料，分别以氮肥和硼肥作为氮源和硼源，经炭化活化工艺制得，该多孔炭材料兼具微孔和中孔的分级三维孔隙结构，孔径分布在1～5纳米，比表面积为1400～1700平方米/克，掺氮原子比为6～8％，掺硼原子比为2～4％；作为超级电容器电极材料时，其在1安/克的电流密度下具有225～250法拉第/克的比电容，循环5000次充放电后，电容保留高于95％；所述天然芦苇杆经去皮、晾干、预破碎、球磨、离心、洗涤、干燥处理后得预处理的芦苇杆粉。

2.权利要求1所述用于超级电容器电极的氮、硼掺杂多孔炭的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)以天然芦苇杆为原料，经去皮、晾干、预破碎、球磨、离心、洗涤、干燥处理后得预处理的芦苇杆粉；

(2)按1:1～3:1～3的质量比称取芦苇杆粉、氮肥、硼肥分散于去离子水中，经120～160摄氏度高温水热处理12～24小时后得预碳化产物；

(3)按1:1～4的质量比称取预碳化产物和氢氧化钾，通氩气或氮气，以1～5摄氏度/分钟的升温速率升温至700～800摄氏度并保温1～2小时；

(4)采用3～8％质量比的盐酸溶液、乙醇和去离子水交替洗涤3次，以去除残余的试剂，于40～60摄氏度烘干后即得氮、硼掺杂多孔炭。

3.如权利要求2所述用于超级电容器电极的氮、硼掺杂多孔炭的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，采用组织捣碎机进行预破碎，行星式球磨机进行球磨处理，球磨转速为400～500转/分钟，球磨时间为12～24小时，球磨后的料浆再经3000～5000转/分钟的转速离心，沉淀物经去离子水和无水乙醇反复交替洗涤3次，于40～60摄氏度烘干得预处理的芦苇杆粉。

4.权利要求1所述用于超级电容器电极的氮、硼掺杂多孔炭的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)以天然芦苇杆为原料，经去皮、晾干、预破碎、球磨、离心、洗涤、干燥处理后得预处理的芦苇杆粉；

(2)按1:1～3:1～3:1～4的质量比称取芦苇杆粉、氮肥、硼肥、氢氧化钾，混合均匀后向体系中加入适量去离子水，继续搅拌均匀至糊状，经40～60摄氏度烘干；

(3)转移至管式炉中，通氩气或氮气，以1～5摄氏度/分钟的升温速率先升温至300～400摄氏度并保温1～2小时，再升温至700～800摄氏度并保温1～2小时；

(4)采用3～8％质量比的盐酸溶液、乙醇和去离子水交替洗涤3次，以去除残余的试剂，于40～60摄氏度烘干后即得氮、硼掺杂多孔炭。

5.如权利要求4所述用于超级电容器电极的氮、硼掺杂多孔炭的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，采用组织捣碎机进行预破碎，行星式球磨机进行球磨处理，球磨转速为400～500转/分钟，球磨时间为12～24小时，球磨后的料浆再经3000～5000转/分钟的转速离心，沉淀物经去离子水和无水乙醇反复交替洗涤3次，于40～60摄氏度烘干得预处理的芦苇杆粉。

6.权利要求1所述用于超级电容器电极的氮、硼掺杂多孔炭的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)刨取含根须的鲜活芦苇，于含有2～5％质量比的氮肥和2～5％质量比的硼肥混合溶液中培养7～30天；

(2)截取步骤(1)培养的芦苇杆，经去皮、晾干、预破碎、球磨、离心、洗涤、干燥处理后得掺氮、硼的芦苇杆粉；

(3)按1:1～4的质量比称取掺氮、硼的芦苇杆粉和氢氧化钾，经混合、烘干；转移至管式炉中，通氩气或氮气，以1～5摄氏度/分钟的升温速率先升温至300～400摄氏度并保温1～2小时，再升温至700～800摄氏度并保温1～2小时；

(4)采用3～8％质量比的盐酸溶液、乙醇和去离子水交替洗涤3次，以去除残余的试剂，于40～60摄氏度烘干后即得氮、硼掺杂多孔炭。

7.权利要求1所述的或者由权利要求2～6任一项所述制备方法得到的氮、硼掺杂多孔炭作为超级电容器电极材料的应用。