[发明专利]一种一维氮掺杂碳囊泡、电池正极材料及其合成方法

说明书

本发明公开了一种一维氮掺杂碳囊泡，其为内部具有空腔的核壳结构，核壳结构呈棒状，一维氮掺杂碳囊泡的氮含量为1‑10wt％。此外，本发明还公开了一种电池正极材料，其包括上述的一维氮掺杂碳囊泡，其中核壳结构的空腔内填充有正极材料。另外，本发明还公开了一种上述的一维氮掺杂碳囊泡的合成方法，其包括步骤：将介孔二氧化硅模板和碳氮有机物研磨混合；研磨混合后的粉末置于保护气氛下进行升温加热；采用碱液搅拌以去除介孔二氧化硅模板，得到所述一维氮掺杂碳囊泡。所述的一维氮掺杂碳囊泡具有较高的导电性和高的氮含量以及高比表面积，因而其可以在储能、催化、医药领域具有极好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种纳米材料及其合成方法，尤其涉及一种可以纳米碳材料及其合成方法。

背景技术

纳米碳材料是指分散相尺度至少有一维小于100nm的碳材料。它既可以由碳原子组成，又可以由异种原子(非碳原子)组成，甚至还可以是纳米孔。一维纳米碳材料因为其独特的结构特征，具有许多优异的物理和化学特性，被广泛地应用于诸多领域，如催化、生物医学和能量转换/存储，为此受到越来越多的关注。考虑到作为能量转换/存储材料，一维纳米碳材料不仅促进离子扩散和电子传递，而且在充电/放电循环过程中也有效地适应了体积膨胀，达到了快速充放电速率的高可逆容量。

目前，现有技术中，一维纳米碳材料的合成主要是采用电纺方法或硬模板法实现。然而，上述的合成路线要么存在合成产量过低的问题，要么存在合成方法过于复杂的问题，并且上述合成产生的一维纳米结构仅限于二元金属氧化物。

基于此，期望获得一种纳米碳材料，其可以克服现有技术的不足，将其应用在催化、生物医学、锂硫电池或超级电容器领域内，具有极好的应用前景。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种一维氮掺杂碳囊泡，该一维氮掺杂碳囊泡具有较高的导电性和高的氮含量以及高比表面积，因而其可以在储能、催化、医药领域具有极好的应用前景。

为了实现上述目的，本发明提出了一种一维氮掺杂碳囊泡，其为内部具有空腔的核壳结构，核壳结构呈棒状，一维氮掺杂碳囊泡的氮含量为1-10wt％。

进一步地，在本发明所述的一维氮掺杂碳囊泡中，核壳结构的比表面积为200-1000cm³/g。

此外，本发明的另一目的在于提供一种电池正极材料，该电池正极材料具有较高的导电性。

为了实现上述目的，本发明提出了一种电池正极材料，其包括上述的一维氮掺杂碳囊泡，其中核壳结构的空腔内填充有正极材料。

进一步地，在本发明所述的电池正极材料中，正极材料包括硫。

相应地，本发明的又一目的在于提供一种上述的一维氮掺杂碳囊泡的合成方法，该合成方法以介孔二氧化硅为模板，碳氮有机物为前驱体，通过升温加热合成一维氮掺杂碳囊泡，并将其应用于电池正极材料，可以展现出长循环稳定性。

为了实现上述目的，本发明提出了一种上述的一维氮掺杂碳囊泡的合成方法，其包括步骤：

将介孔二氧化硅模板和碳氮有机物研磨混合；

将研磨混合后的粉末置于保护气氛下进行升温加热；

采用碱液搅拌以去除介孔二氧化硅模板，得到所述一维氮掺杂碳囊泡。

在本发明所述的技术方案中，采用介孔二氧化硅(SBA)模板是因为作为前驱体的碳氮有机物中的氮元素可以与介孔二氧化硅中的OH^-存在强烈的化学作用，从而可以在升温加热中有效地复制模板的形貌，所获得的一维氮掺杂碳囊泡应用于电池正极材料，其可以展现出长循环稳定性。

进一步地，在本发明所述的合成方法中，介孔二氧化硅模板和碳氮有机物的质量比为1:2-1:20。