[发明专利]一种含磷介孔碳材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种含磷介孔碳材料及其制备方法和应用。本发明首先将非离子表面活性剂溶解到有机溶剂中，然后加入可溶性树脂和含磷前驱体，利用溶剂挥发诱导多元有机组装得到含磷树脂‑表面活性剂复合材料，最后进行高温碳化，得到含磷介孔碳材料。本发明制得的含磷介孔碳材料的磷含量为0.3–7.0wt%，孔径为3.0–15nm，孔容0.2–0.6cm³/g，比表面积290–890m²/g。这些新型含磷介孔碳材料在锂离子电池电极材料方面显示出良好的性能，在电流密度为0.5 C下，循环200次后容量保持在500 mAh/g。同时，在钠离子电池、电催化等方面可望有广阔的应用。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种含磷介孔碳材料及其制备方法和在锂离子电池领域的应用。

背景技术

介孔碳材料是一类新型的纳米多孔材料，不仅具有介孔材料的性质如高的比表面积、大的孔容、2 ~ 50 nm可调的孔径等，也具有碳的优异性质，如良好的导电性、热稳定性、机械稳定性、对化学反应惰性等，这些性质使得这类材料在催化、吸附和分离、电化学、能量存储等领域有着广阔的应用前景。

通过表面基团的嫁接和/或骨架中杂原子的掺杂对介孔碳进行修饰，可以引入新的活性位点，赋予介孔碳多功能化，为介孔碳材料拓宽了应用领域。修饰的方法主要包括（1）后处理法与（2）直接合成法。后处理法可以通过后嫁接的方法来实现，即对所合成的介孔碳材料通过化学反应进行修饰，将杂原子引入到介孔碳中。但由于碳材料具有较为惰性的表面且缺少活性位点，同时由于介孔的高表面曲率以及纳米孔的限域对分子扩散有抑制作用，这使得这种后嫁接方法条件苛刻、较难控制。而且，通过后嫁接引入的杂原子分布不均匀，在应用当中容易流失。直接合成法主要是在合成碳材料的初始引入带有杂原子（N、P、S、F等）的特殊前躯体，经聚合、碳化后将杂原子引入到碳材料的表面或骨架，从而改变碳材料的性质。目前含磷介孔碳的合成最常用的为硬模板法，即将碳前驱体与含磷前驱体共同填充到介孔二氧化硅硬模板的介孔孔道中，经过碳化和除去硬模板，得到反相复制硬模板介观结构的含磷介孔碳。但该方法不足之处在于，合成过程较繁锁，周期长，合成成本昂贵，难以推广。

鉴于此，我们利用磷前驱体与非离子表面活性剂和可溶性树脂前驱体三元组装合成含磷介孔碳材料，该合成方法简便可控、易于大量合成。所得含磷介孔碳材料具有较高的磷含量，大比表面积，可调的孔径，并且在锂离子电池方面表现出优良的性能。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种新型的含磷介孔碳材料。

本发明的目的之二是提供上述含磷介孔碳材料的制备方法。

本发明的目的之三是提供上述含磷介孔碳材料在锂离子电池领域的应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实施。

一种含磷介孔碳材料，磷含量为0.3 – 7.0 wt%，孔径为3.0 – 15 nm，孔容0.2 –0.6 cm³/g，比表面积290 – 890 m²/g。

这种含磷介孔碳的制备方法，具体步骤如下：

（1）在室温下，将非离子表面活性剂溶解在有机溶剂中得到澄清溶液；

（2）然后，加入可溶性树脂前驱体和含磷前驱体，搅拌混合均匀，并使溶剂挥发诱导共组装；

（3）待溶剂挥发完之后，低温固化的固体，所得含磷树脂-非离子表面活性剂复合材料在惰性气氛下高温碳化，得到含磷介孔碳材料。