类似矩形形状的循环曲线，说明有着双电层电容器的电容响应；本发明所得的氮掺杂介孔碳球纳米材料充放电过程中得到电容量在0.2A/g的电流密度下，6mol/L KOH电解质中电容量为554.5F/g。
[0029]实施例4
一种氮掺杂介孔碳球纳米材料的制备方法，具体包括如下步骤: (1)、将0.3g阳离子表面活性剂分散于36g溶剂中，在室温下搅拌5min，加入3g碱性物质搅拌均勾，依次加入3g有机娃源、3g有机碳源和3g有机氮源搅拌均勾，控制温度为100°C进行反应48h，所得的反应液离心、过滤，所得的滤饼于80°C下烘干12h，即得有机/无机复合物；
所述的溶剂为去离子水；
所述的碱性物质为碳酸钠；
所述的阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基氯化铵；
所述的有机碳源为糠醇与甲醛按质量比计算，即糠醇:甲醛为1:4组成的混合物；
所述的有机硅源为正硅酸四丁酯；
所述的有机氮源为乙腈；
所用的阳离子表面活性剂、碱性物质、有机碳源、有机硅源、有机氮源和溶剂的量，按质量比计算，即阳离子表面活性剂:碱性物质:有机碳源:有机硅源:有机氮源:溶剂为1:10:10:10:10:120;
(2)、将步骤(I)所得的有机/无机复合物放入管式炉中，在氮气气氛下控制升温速率为1°C /min升温至1000°C进行高温焙烧6h以除去阳离子表面活性剂，然后自然冷却至室温，得到二氧化硅/含氮碳球纳米材料；
(3)、将Ig步骤(2)所得到二氧化硅/含氮碳球纳米材料与140ml浓度为2M的氢氧化钠水溶液进行混合，搅拌反应24h，所得的反应液控制转速为6000r/min进行离心分离，所得的沉淀控制温度为80°C进行干燥12h，即得氮掺杂介孔碳球纳米材料；
上述二氧化硅/含氮碳球纳米材料与浓度为2M的氢氧化钠水溶液的用量，按二氧化硅/含氮碳球纳米材料:浓度为2M的氢氧化钠水溶液Ig:140ml的比例计算。
[0030]上述所得的介孔碳球/ 二氧化锰复合纳米材料经测定，其孔径分布在2.Snm左右，比表面积约1054m2/g，孔体积为0.98cm3/g。
[0031]采用元素分析仪对上述所得的氮掺杂介孔碳球纳米材料进行分析，结果表明氮掺杂介孔碳球纳米材料中，按质量百分比计算，氮的含量为2.85%。
[0032]采用电化学工作站对上述所得的氮掺杂介孔碳球纳米材料的循环稳定性和恒电流充放电性能进行测定，结果表明，本发明上述得的氮掺杂介孔碳球纳米材料有着类似矩形形状的循环曲线，说明有着双电层电容器的电容响应；上述所得的氮掺杂介孔碳球纳米材料充放电过程中得到在0.2A/g的电流密度下，6mol/L KOH电解质中电容量为404.5F/g。
[0033]综上所述，本发明的氮掺杂介孔碳球纳米材料为球形形貌、具有介孔结构，其孔径为1.8-3.8nm左右，比表面积较大，约1054_1200m2/g，孔体积为0.7-1.2cm3/g。其在电解液中，有利于电子的迀移，同时氮原子的掺杂增加了氮掺杂介孔碳球纳米材料的电容量，充放电过程中得到其在0.2A/g的电流密度下，6mol/L KOH电解质中电容量为328.6-554.5F/go因此，本发明的氮掺杂介孔碳球纳米材料可以作为电极材料，其在超级电容器领域将有着潜在的应用前景。
[0034]以上所述仅是本发明的实施方式的举例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型均应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种氮掺杂介孔碳球纳米材料的制备方法，其特征在于具体包括如下步骤: (1)、在溶剂中，以阳离子表面活性剂为模板剂，有机碳源、有机氮源作为碳源、氮源，在碱性物质存在的条件下，控制温度为30?100°C进行反应48h，所得的反应液离心，所得的滤饼于80°C下烘干，即得有机/无机复合物； 所述的溶剂为去离子水、无水乙醇或甲醇； 所述的阳离子表面活性剂为十四烷基二甲基苄基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基二甲基苄基氯化铵中的一种或两种组成的混合物；所述的有机碳源为间苯二酚与甲醛的混合物或糠醇与甲醛的混合物； 所述的有机硅源为正硅酸四甲酯、正硅酸四乙酯、正硅酸四丙酯、正硅酸四丁酯中的一种或两种以上组成的混合物； 所述的有机氮源为三聚氰胺、双氰胺、吡略、乙腈中的一种或两种以上组成的混合物； 所述的碱性物质为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、氨水中的一种或两种以上组成的混合物； 上述的阳离子表面活性剂、碱性物质、有机碳源、有机硅源、有机氮源和溶剂的用量，按质量比计算，即阳离子表面活性剂:碱性物质:有机碳源:有机硅源:有机氮源:溶剂为1:0? 2-10:0.2-10:0.2-10:0.1-30:20-120 的比例计算； (2)、将步骤(I)所得的有机/无机复合物在氮气气氛下控制升温速率为1°C/min升温至600?1000°C进行高温焙烧6?20h，然后自然冷却至室温，得到二氧化硅/含氮碳球纳米材料； (3)、将步骤(2)所得到二氧化硅/含氮碳球纳米材料与浓度为2M的氢氧化钠水溶液进行混合，搅拌反应2?12h，所得的反应液离心分离，所得的沉淀控制温度为80°C进行干燥，即得氮掺杂介孔碳球纳米材料； 上述的二氧化硅/含氮碳球纳米材料与浓度为2M的氢氧化钠水溶液的用量，按二氧化硅/含氮碳球纳米材料:浓度为2M的氢氧化钠水溶液为Ig:20-140ml的比例计算。2.如权利要求1所述的一种氮掺杂介孔碳球纳米材料的制备方法，其特征在于步骤(I)中: 所述的溶剂为去离子水； 所述的碱性物质为氢氧化钠； 所述的阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵； 所述的有机碳源为间苯二酚与甲醛按质量比为1:4进行混合所得的混合物； 所述的有机硅源为正硅酸四甲酯； 所述的有机氮源为三聚氰胺； 所用的阳离子表面活性剂、碱性物质、有机碳源、有机硅源、有机氮源和溶剂的量，按质量比计算，即阳离子表面活性剂:碱性物质:有机碳源:有机硅源:有机氮源:溶剂为1:0.2:0.2:0.2:0.2:20。3.如权利要求1所述的一种氮掺杂介孔碳球纳米材料的制备方法，其特征在于步骤(I)中: 所述的溶剂为去离子水； 所述的碱性物质为氢氧化钾； 所述的阳离子表面活性剂为十四烷基二甲基苄基氯化铵； 所述的有机碳源为糠醇与甲醛按质量比计算，即糠醇:甲醛为1:4组成的混合物； 所述的有机硅源为正硅酸四乙酯； 所述的有机氮源为双氰胺； 所用的阳离子表面活性剂、碱性物质、有机碳源、有机硅源、有机氮源和溶剂的量，按质量比计算，即阳离子表面活性剂:碱性物质:有机碳源:有机硅源:有机氮源:溶剂为1:5:5:5:5:70ο4.如权利要求1所述的一种氮掺杂介孔碳球纳米材料的制备方法，其特征在于步骤(I)中: 所述的溶剂为去离子水； 所述的碱性物质为质量百分比浓度为25%的氨水； 所述的阳离子表面活性剂为十八烷基二甲基苄基氯化铵； 所述的有机碳源为糠醇与甲醛按质量比计算，即糠醇:甲醛为1:4组成的混合物； 所述的有机硅源为正硅酸四丙酯； 所述的有机氮源为吡咯； 所用的阳离子表面活性剂、碱性物质、有机碳源、有机硅源、有机氮源和溶剂的量，按质量比计算，即阳离子表面活性剂:碱性物质:有机碳源:有机硅源:有机氮源:溶剂为1:8:8:8:8:80ο5.如权利要求1所述的一种氮掺杂介孔碳球纳米材料的制备方法，其特征在于步骤(I)中: 所述的溶剂为去离子水； 所述的碱性物质为碳酸钠； 所述的阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基氯化铵； 所述的有机碳源为糠醇与甲醛按质量比计算，即糠醇:甲醛为1:4组成的混合物； 所述的有机硅源为正硅酸四丁酯； 所述的有机氮源为乙腈； 所用的阳离子表面活性剂、碱性物质、有机碳源、有机硅源、有机氮源和溶剂的量，按质量比计算，即阳离子表面活性剂:碱性物质:有机碳源:有机硅源:有机氮源:溶剂为1:10:10:10:10:120。6.如权利要求1所述制备方法得到的一种氮掺杂介孔碳球纳米材料，为球形介孔结构，孔径为1.8-3.8nm，比表面积为1054_1200m2/g，孔体积为0.7-1.2cm3/g，按质量百分比计算，氮的含量为2-5.5%。7.如权利要求1所述制备方法得到的一种氮掺杂介孔碳球纳米材料，为球形介孔结构，孔径为1.8-3.8nm，比表面积为1100_1200m2/g，孔体积为0.7-1.2cm3/g，按质量百分比计算，氮的含量为3.16-5.15%。
【专利摘要】本发明公开一种大比表面积的氮掺杂介孔碳球纳米材料及制备方法。即以阳离子表面活性剂为模板剂，用有机硅源、有机碳源、有机氮源通过水热反应形成有机/无机复合物，然后在氮气氛下焙烧，得到的二氧化硅/含氮碳球纳米材料除去二氧化硅后即得球形介孔结构的氮掺杂介孔碳球纳米材料，其具有很大的比表面积，比表面积优选为1100-1200m2/g，其孔径为1.8-3.8nm，孔体积为0.7-1.2cm3/g。在0.2A/g的电流密度下，6mol/LKOH电解质溶液中电容量为554.5F/g，因此其具有很高的电化学电容量，在超级电容器领域有潜在的应用前景。且其制备方法简单易行、成本低、重复性好，易于规模化生产。
【IPC分类】C01B31/02, B82Y40/00, H01G11/36
【公开号】CN104909351
【申请号】CN201510295239
【发明人】孙左松, 沈绍典, 周祖新, 王根礼, 毛东森, 卢冠忠
【申请人】上海应用技术学院
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年6月2日