[发明专利]一种多孔碳/氮化碳复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于多孔碳基复合材料制备技术领域，公开了一种多孔碳/氮化碳复合材料及其制备方法，以面粉为碳源，经活化后进行炭化，得到多孔碳，再加入双氰胺或三聚氰胺进行混合，经焙烧后可在多孔碳表面均匀负载氮化碳纳米颗粒，制得具有贯穿的大孔结构、高比表面积的多孔碳/氮化碳纳米复合材料，可用于制备电极材料，尤其适用于锂硫电池正极的硫载体。同时，本发明以面粉为碳源，具有可再生、来源广泛、成本低等优点。此外，多孔碳/氮化碳纳米复合材料中的贯穿大孔结构也克服了现有技术中采用葡萄糖、酚醛树脂等原料制备的微孔或介孔碳对硫的单载量小、固硫作用弱的缺陷，可用于制备高性能锂硫电池。

技术领域

本发明属于多孔碳基复合材料制备技术领域，具体涉及一种多孔碳/氮化碳复合材料及其制备方法。

背景技术

随着锂电池及相关电化学储能技术的迅速发展，电极材料的开发至关重要。导电性好的碳材料在新能源材料中备受关注。各种各样的碳材料中，多孔碳具有比表面积大、导电性好等优点，在锂硫电池中可以作为硫载体应用广泛。同时，氮化碳（g-C₃N₄）纳米材料被证实具有优异的化学固硫作用。因此，多孔碳/氮化碳复合材料的研究和应用广泛。现有技术中有关多孔碳的制备多采用葡萄糖、酚醛树脂等为碳源，最终制备微孔或介孔碳，这些孔隙小的多孔碳材料对硫的单载量小、很难通过孔隙结构限制多硫化物的穿梭，从而造成锂硫电池正极材料的成本高、电池的循环性能差等问题。在多孔碳和氮化碳复合材料领域，可采用正硅酸乙酯与羟甲基化二聚氰胺和二聚氰胺的混合物形成溶胶凝胶化中间体，通过焙烧得到具有“双连续”结构的SiO₂@C/g-C₃N₄，最后再用氢氟酸除去模板得到大比表面积的碳/石墨相氮化碳复合材料。该技术中使用了SiO₂模板，则必须采用氢氟酸去除模板。众所周知，氢氟酸对人体危害很大，不利于安全生产。因此，开发一种简单易行的方法并制备出廉价的具有贯穿孔隙结构的多孔碳/氮化碳复合材料在锂硫电池材料领域具有重要的研究价值和意义。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种多孔碳/氮化碳复合材料及其制备方法。

为了克服上述技术问题，本发明采用的技术方案如下:

一种多孔碳/氮化碳复合材料，主要由以下原料组分制得：面粉、碳酸氢盐、氮源和水，其中，所述氮源为双氰胺或三聚氰胺。

作为上述方案的进一步改进，所述面粉和所述碳酸氢盐的质量比为（2-10）：1。

一种如上任一项所述的多孔碳/氮化碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：

a.取面粉和碳酸氢盐混合，加水搅拌成糊状物，经烘干得固体面团，于惰性气氛中炭化，制得多孔碳；

b.将多孔碳与氮源混合，置于惰性气氛中焙烧，得所述多孔碳/氮化碳复合材料。

作为上述方案的进一步改进，所述步骤a和所述步骤b之间还包括步骤c，所述步骤c的处理过程为：将步骤a的多孔碳材料依次在稀酸、水和无水乙醇中洗涤至滤液呈中性，再将过滤后的滤渣进行干燥，研磨和过筛。

作为上述方案的进一步改进，所述氮源与所述多孔碳的质量比为（1-7）：1。

作为上述方案的进一步改进，所述惰性气氛的气体选自氮气、氩气或氦气中的一种。

作为上述方案的进一步改进，所述炭化的温度为800~1000℃。

作为上述方案的进一步改进，所述焙烧的温度为500~600℃。

一种电极材料，包括如上任一项所述的多孔碳/氮化碳复合材料。

一种锂硫电池，包括如上任一项所述的多孔碳/氮化碳复合材料。