[发明专利]一种自掺氮多级孔碳材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种自掺氮多级孔碳材料，其特征在于，根据以下步骤的方法制备得到：

(1)对含氮水生植物进行烘干、粉碎以及过筛，得到含氮水生植物粉末；

(2)对所述含氮水生植物粉末与活化剂进行球磨，得到混合物；

(3)对所述混合物进行高温热解，得到碳材料；

(4)采用洗脱液对所述碳材料进行碱洗以及酸洗，去掉所述碳材料中的杂质和活化剂，得到洗脱后的碳材料粉末；

(5)利用去离子水对所述洗脱后的碳材料粉末进行冲洗，得到冲洗后的碳材料粉末；

(6)对所述冲洗后的碳材料粉末进行烘干，得到自掺氮多级孔碳材料。

2.根据权利要求1所述的自掺氮多级孔碳材料，其特征在于，所述自掺氮多级孔碳材料含有杂原子N含量为1.6％～3.3％；

所述自掺氮多级孔碳材料为三级孔结构，所述三级孔结构为微孔、介孔以及大孔；

所述自掺氮多级孔碳材料的比表面积为1500～1800m²/g；所述微孔的面积为1200～1300m²/g；所述介孔的面积为300～500m²/g；孔容为0.5～0.9cm³/g。

3.一种自掺氮多级孔碳材料的制备方法，其特征在于，包括：

(1)对含氮水生植物进行烘干、粉碎以及过筛，得到含氮水生植物粉末；

(2)对所述含氮水生植物粉末与活化剂进行球磨，得到混合物；

(3)对所述混合物进行高温热解，得到碳材料；

(4)采用洗脱液对所述碳材料进行碱洗以及酸洗，去掉所述碳材料中的杂质和活化剂，得到洗脱后的碳材料粉末；

(5)利用去离子水对所述洗脱后的碳材料粉末进行冲洗，得到冲洗后的碳材料粉末；

(6)对所述冲洗后的碳材料粉末进行烘干，得到自掺氮多级孔碳材料。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中烘干温度范围为65～100℃，烘干时间范围为8～12h，所用粉碎机功率范围为600W～1000W，过筛目数范围为20～50目。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中所述活化剂为碳酸氢钾、氢氧化钾或氯化锌；

所述含氮水生植物粉末与所述活化剂混合质量比为1：1～4，球磨机功率范围为300W～600W，球磨时间范围为30～70min。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的热解温度范围为600～900℃，热解时间范围为2～5h，升温速率范围为4～10℃/min。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中的所述洗脱液为氢氧化钠和盐酸，所述洗脱液的浓度范围为0.1～0.5mol/L；碳材料与单次洗脱液的质量比为1:50～100，洗脱时间范围为1～4h。

8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中的烘干温度范围为65～100℃，烘干时间范围为8～12h。

9.一种自掺氮多级孔碳材料的应用，其特征在于，包括：

将所述自掺氮多级孔碳材料与导电剂、粘结剂以及无水乙醇进行混合，得到混合物料；将所述混合物料涂覆在集流体上，干燥得到超级电容器电极；所述自掺氮多级孔碳材料由以下步骤的方法制备得到：将水生植物含氮水生植物烘干、粉碎以及过筛，得到含氮水生植物粉末；将所述含氮水生植物粉末与活化剂进行球磨，得到混合物；将所述混合物进行高温热解，得到碳材料；采用洗脱液对所述碳材料进行碱洗以及酸洗，去掉所述碳材料中的杂质和活化剂，得到洗脱后的碳材料粉末；将所述洗脱后的碳材料粉末烘干，得到自掺氮多级孔碳材料。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述自掺氮多级孔碳材料、所述导电剂以及所述粘结剂的质量比为5～8：0.5～1：0.5～1。