[发明专利]一种利用阻燃原理空气气氛下制备多孔炭材料的方法

说明书

本发明公开了一种利用阻燃原理在空气气氛下制备多孔炭材料的方法，按如下方法进行制备：将煤沥青与阻燃剂研磨均匀形成混合物，之后将混合物放入坩埚中，在马弗炉内一定温度下进行煅烧，待反应结束后冷却至室温取出。将所得产物用酸和水洗涤去除杂质，获得多孔炭材料。本发明制备的多孔炭材料具有较高的炭产率、大的比表面积和分级多孔结构，作为超级电容器电极材料表现出优异的电容性能。此方法不同于传统惰性气氛保护的碳材料制备方法，降低了成本与资源的消耗，是一种绿色、简单、经济高效、可控的制备方法。并且此制备方法操作简单、合成周期短，适合于大规模工业化生产，此方法在高性能多孔炭电极材料的制备及应用方面具有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种利用阻燃原理空气气氛下制备多孔炭材料的方法，并将其用作高性能超级电容器电极材料

背景技术

近代以来，随着对化石燃料等不可再生能源的过度开采与利用，人类面临着能源危机与环境污染两大难题，大力发展绿色清洁可持续能源是解决问题的重要途径之一。其中，超级电容器作为一类重要的储能器件，由于超快的充放电能力和超强的循环寿命，引起人们的广泛关注与研究。电极材料的不同直接影响着超级电容器的储能机理，从而进一步影响着超级电容器的性能与循环寿命。碳基电极材料具有好的化学稳定性，优良的导电性，并且来源丰富，价格低廉。因此，碳基材料作为超级电容器的电极具有广阔的应用前景。

以碳质材料为前驱体，在惰性气体气氛(如N₂和Ar等)下经高温碳化是制备炭材料的通常方法，该方法需要消耗纯度较高的惰性气体以及苛刻的技术和设备要求，阻碍了商业化生产。在空气中制备炭材料是一种方便，低成本的制备策略。但是，碳前驱体在空气下高温炭化会发生燃烧。因此，开发一种在空气气氛下经高温煅烧制备炭材料的方法具有重要的现实意义。

阻燃剂是一种用以提高材料抗燃性，阻止材料被引燃和防止火焰传播的助剂。阻燃剂常用于高分子材料上，起到阻止材料燃烧的作用。近年来，阻燃剂也被应用到制备纳米材料领域，进一步拓宽了其应用范围。阻燃剂的阻燃机理主要有气相阻燃、链反应中断阻燃、凝聚相阻燃、吸热阻燃、气源膨胀型阻燃等。

发明内容

本发明在于提供一种利用阻燃原理在空气气氛下制备多孔炭材料的方法。

本发明涉及一种无惰性气体保护下多孔炭材料的制备方法。利用阻燃剂的阻燃原理，保护碳前体不会在高温下燃烧殆尽，同时阻燃剂还可充当模板剂和造孔剂，从而炭化生成多孔炭材料。将制得的多孔炭用于超级电容器电极材料，显示出优异的电容性能。

制备过程主要包括以下几步。

称取总量为0.25g的煤焦油沥青，过量的阻燃剂(阻燃剂的质量：煤焦油沥青质量≥2)放于玛瑙研钵中，充分研磨至混合均匀。将混合物放入坩埚中，将坩埚置于马弗炉内，于600～800℃煅烧1～3小时(升温速率为1～10℃min^-1)，自然冷却至室温后取出，酸洗，水洗至中性。随后放入烘箱干燥得到多孔炭材料。

本发明的有益效果主要体现在：

(1)本发明提供一种在空气气氛，阻燃剂辅助制备多孔炭材料的方法。此方法对设备要求低，可廉价、快速、大规模制备多孔炭材料。

(2)制备过程简单，安全高效，制备流程少周期短。

(3)制备的功能炭材料，有较高的炭产率，且在超级电容器应用上展现了较优的电化学性能。

附图说明

实施例1的形貌分析使用SU8010型场发射扫描电镜进行观察如图1。

实施例1的氮气吸脱附曲线测定采用Autosorb-IQ instruments(Quantachrome)如图2所示。

实施例1在6mol L^-1氢氧化钾中超级电容器三电极电化学性能图如图3。