[发明专利]一种通过海藻酸钠与二胺类化合物交联制备氮掺杂多孔碳的方法

说明书

本发明公开了一种通过海藻酸钠与二胺类化合物交联制备氮掺杂多孔碳的方法，其是先将二胺类化合物加盐酸酸化配成酸化二胺化合物溶液，然后在搅拌条件下，通过静电滴液的方法将海藻酸钠溶液滴入酸化二胺化合物溶液中，并经搅拌、过滤得到凝胶微球，再将其洗涤、冷冻干燥后，在氮气保护和一定温度下经碳化和氢氧化钾活化得到所述氮掺杂多孔碳。本发明方法可通过改变二胺类化合物的种类及其溶液浓度，制备一系列具有不同孔结构和氮含量的多孔碳，以所得多孔碳作为电极材料制备的超级电容器表现出良好的电化学性能。

技术领域

本发明属于高分子材料制备技术领域，具体涉及一种通过海藻酸钠与二胺类化合物交联制备氮掺杂多孔碳的方法。

背景技术

超级电容器是指兼有静电电容器和电池特性的一种新型储能装置，其能提供比静电电容器更高的能量密度、比电池更高的功率密度和更长的循环寿命。超级电容器电极材料主要包括碳材料、导电聚合物、金属氧化物及其复合材料等，其中碳材料（如活性碳、碳纳米管、碳纤维、石墨烯等）具有原料丰富、价格低廉、比表面大、导电性好、化学稳定性高等优点，因而被认为是最有前景的电极材料之一。

作为储能器件，超级电容器虽具有优于燃料电池和锂离子电池的功率密度，但是其能量密度却远不及电池。为了进一步提高多孔碳基超级电容器的能量密度，一方面可通过对电极材料进行杂原子掺杂，来提高电极材料表面极性和润湿性，同时增加赝电容、提高湿润性；另一方面可通过调节碳材料孔径及孔分布来增加碳材料的比表面积。

生物质材料（如海藻酸钠、水稻、鸡蛋壳、纤维素等）具有来源广泛、成本低、环境友好等优点，因此是生物质碳在超级电容器、锂离子电池等领域被广泛应用。海藻酸钠是从褐藻中提取出的天然多糖，含有大量的羟基和羧基，是一种十分具有潜力的生物质材料。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种通过海藻酸钠与二胺类化合物交联制备氮掺杂多孔碳的方法。通过调整二胺类化合物的种类与含量，可实现对制备的多孔碳材料孔结构及含氮量的调控。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种通过海藻酸钠与二胺类化合物交联制备氮掺杂多孔碳的方法，其包括如下步骤：

（1）将二胺类化合物与盐酸按摩尔比1:1-1:4溶解在去离子水中，配成浓度为0.1-0.6mol/L的酸化二胺化合物溶液；

（2）采用静电滴液的方式，将质量浓度为1-5 %的海藻酸钠溶液在20 kV电压下，以4 ml/h的速度滴入步骤（1）所得酸化二胺化合物溶液中，以制备凝胶微球；

（3）将步骤（2）得到的凝胶微球用去离子水洗涤至洗出液呈中性，随后进行冷冻干燥；

（4）将步骤（3）冷冻干燥后的凝胶微球在600℃、氮气保护下碳化1-3h得到碳材料；

（5）用一定量的氢氧化钾溶液与步骤（4）得到的碳材料进行混合，干燥后在800℃、氮气保护下活化1-3h，得到氮掺杂多孔碳；所用氢氧化钾溶液的用量按碳材料与氢氧化钾的质量比为1:4进行换算。

所述二胺类化合物为乙二胺、尿素或对苯二胺。

所得氮掺杂多孔碳可作为电极材料用于制备超级电容器。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明开发了一种通过海藻酸钠与二胺类化合物交联制备氮掺杂多孔碳的方法。通过调整二胺类化合物的种类与含量，可实现对由海藻酸钠微球制备的碳材料的孔结构及含氮量的调控，因而对碳材料的性能和应用具有重要意义。

（2）二胺类化合物具有较高的含氮量，在酸性条件下可与海藻酸钠形成凝胶，所得凝胶微球经过碳化后，制得氮掺杂的多孔碳材料，一方面提高了材料的湿润性，同时引入赝电容，可以提高碳材料的电化学性能。