[发明专利]一种用于超级电容器的氮硫共掺杂的层状多孔碳杂化材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种用于超级电容器的氮硫共掺杂的层状多孔碳杂化材料的制备方法，包括以下步骤：(1)往去离子水中加入纤维素和硫脲，超声分散均匀，得到纤维素溶液；(2)对所得纤维素溶液水热处理，所得水热产物洗涤、干燥后，再进行预碳处理，得到预碳化样品；(3)将预碳化样品与活化剂、水混合均匀，继续高温煅烧，所得煅烧产物洗涤、干燥后，即得到目的产物。与现有技术相比，本发明利用自然界大量存在的纤维素为碳前驱体，节约成本，属于绿色工艺，同时掺杂了金属元素提高多孔碳材料的赝电容性能，大幅增强了电极材料的储电能力。

技术领域

本发明属于超级电容器电极材料制备技术领域，涉及一种用于超级电容器的氮硫共掺杂的层状多孔碳杂化材料的制备方法。

背景技术

人类社会活动使不可再生资源快速损耗，导致生态环境、能源安全和人类健康等问题日益凸显，人类将面临着越来越严峻的挑战。因此必须大力开发环境友好的、绿色可再生的新型清洁能源，例如潮汐能、生物能、地热能、太阳能及风能等来缓解日益严重的能源匮乏和环境污染等问题。

超级电容器的电荷储存能力主要依赖所用的活性材料，故而改善和优化活性材料对提高其能量存储能力尤为重要，特别是开发电子传输能力强、孔道结构发达的活性材料己经吸引了大量研究者的目光。碳材料因其成本适宜、绿色环保及较好的导电性等优点而被开发用作电极活性材料，然而，传统碳材料一般以微孔为主且结构单一，用作电极材料时比电容值较低。因此，开发出高性能的碳基电极材料是非常必要的。生物质材料是一种环保可持续材料，具有来源广、种类多及成本低等优势，通过预处理、碳化和造孔等过程可以制备性能优异的生物质碳基材料。掺杂杂原子(如O、N、S等)，使其制得的碳基材料拥有特殊的孔结构和丰富的杂原子官能团，相比于普通活性炭材料，其特殊的结构能够提供更多的有效比表面积，从而促进电解液离子快速扩散和电荷累积，确保电容器高倍率性能和高功率密度；而丰富的杂原子官能团能够产生额外的赝电容，从而提高整体电容性能。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种用于超级电容器的氮硫共掺杂的层状多孔碳杂化材料的制备方法，所制备的以纤维素为碳源的氮硫共掺杂碳材料中具有良好的孔道结构，氮和硫分布均匀，电化学性能良好。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于超级电容器的氮硫共掺杂的层状多孔碳杂化材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)往去离子水中加入纤维素和硫脲，超声分散均匀，得到纤维素溶液；

(2)对所得纤维素溶液水热处理，所得水热产物洗涤、干燥后，再进行预碳处理，得到预碳化样品；

(3)将预碳化样品与活化剂、水混合均匀，继续高温煅烧，所得煅烧产物洗涤、干燥后，即得到目的产物。

进一步的，步骤(1)中，纤维素与硫脲的质量比为1:(0.3-1)。

进一步的，步骤(1)中，超声分散的时间为0.5-1.5h。

进一步的，步骤(2)中，水热处理的温度为180℃，时间为24h。

进一步的，步骤(2)中，预碳处理的温度为500℃，时间为2h。

进一步的，步骤(2)和步骤(3)中，干燥的温度为60-110℃，时间为8-12h。

进一步的，步骤(3)中，预碳化样品与活化剂的质量比为1:(1-2)。

进一步的，步骤(3)中，高温煅烧在惰性气体气氛下进行，煅烧温度为600-900℃，时间为2-5h。更进一步的，所述惰性气体为氮气。

进一步的，高温煅烧过程中，其升温速率为5～10℃/min。