[发明专利]一种元素掺杂的导电复合碳化材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种元素掺杂的导电复合碳化材料，其特征在于：包括自支撑的碳化的改性细菌纤维素膜片，改性细菌纤维素膜片为三维网络结构，改性细菌纤维素膜片的纤维表面均匀包覆有元素掺杂的导电聚合物；

元素掺杂的导电复合碳化材料的制备方法，包括如下步骤:

将原细菌纤维素膜片进行化学改性，在化学化改性的细菌纤维素膜片上原位合成聚苯胺或聚吡咯，得到导电复合材料膜片，将导电复合材料膜片高温碳化处理，得到自支撑的N元素或N和S元素元素掺杂的导电复合碳化材料膜片；

高温碳化处理为在惰性气体条件下高温烧结，具体包括以下步骤：

(1)以2～5℃/min的升温速度升温至300-350℃，并保温2h；

(2)以10-13℃/min的升温速度快速升温至500-650℃；

(3)在升温结束后保温1.5-3h；

(4)保温结束后自然冷却。

2.根据权利要求1所述的一种元素掺杂的导电复合碳化材料，其特征在于：改性细菌纤维素为羧酸化细菌纤维素、羧甲基细菌纤维素和磺酸化细菌纤维素中的一种。

3.根据权利要求2所述的一种元素掺杂的导电复合碳化材料，其特征在于：羧酸化细菌纤维素和羧甲基细菌纤维素的纤维表面均匀包覆有N元素掺杂的导电聚合物，磺酸化细菌纤维素的纤维表面均匀包覆有N和S元素掺杂的导电聚合物。

4.根据权利要求1-3之一所述的一种元素掺杂的导电复合碳化材料，其特征在于：所述导电聚合物为聚苯胺或者聚吡咯。

5.根据权利要求1所述的一种元素掺杂的导电复合碳化材料，其特征在于，化学改性的细菌纤维素膜片上原位合成聚苯胺或聚吡咯的具体步骤包括：

1)首先通过去离子水和NaOH溶液依次浸泡使原细菌纤维素膜片的三维网络结构充分舒张，并使羟基充分活化，从而提高细菌纤维素的改性程度，原细菌纤维素膜片为经过纯化处理后的细菌纤维素膜片；

2)将原细菌纤维素膜片进行化学改性，引入羧酸根离子、羧甲基或磺酸根离子，得到改性的细菌纤维素；

3)制备导电复合材料：

原位合成聚苯胺：将改性的细菌纤维素膜片浸泡在苯胺-盐酸溶液中20-30h，然后加入引发剂过硫酸铵，0℃水浴恒温振荡反应，得到导电复合材料；

或原位合成聚吡咯：将改性的细菌纤维素膜片浸泡在吡咯溶液中，室温水浴振荡5-7h，然后加入无水氯化铁，继续室温水浴振荡2-4h，得到导电复合材料。

6.根据权利要求1或5所述的一种元素掺杂的导电复合碳化材料，其特征在于，导电复合材料高温碳化前，进行以下处理：

将得到的导电复合材料膜片充分清洗后进行冷冻干燥，以保留细菌纤维素的三维网络结构。

7.一种权利要求1-6之一所述的元素掺杂的导电复合碳化材料在离子电池负极材料的应用。