聚四氟乙烯、氮掺杂多孔碳材料混合均匀，加入水调成泥浆状，采用丝网印刷法均匀涂抹在一平方厘米的泡沫镍上烘干，15Mp压实，制备超级电容器电极。
[0128]经测试，制备的超级电容器电极的具体性质，比电容343F/g。
[0129]实施例12
[0130]将枣核洗净、烘干，称取1g粉碎后的枣核，放入瓷坩祸中在氮气、氨气二氧化碳和水蒸气的混合气体中600 0C碳化2小时得到氮掺杂碳材料。
[0131]混合气体是由氮气以250mL min—1的流速通过70°C，1.5M碳酸铵溶液制备而来。尽可能的控制所述氨气、水蒸汽和惰性气体的体积比在I: I?3:100?200，尤其是体积比在1:2:150效果较佳。
[0132]取Ig氮掺杂碳材料与3gKOH加水混合均匀后130°C烘干，将所得混合物放入管式炉中在氮气环境下800°C煅烧2小时，所得氮掺杂多孔碳材料用蒸馏水洗涤至中性，100°C烘干备用。
[0133]经测试其比表面积达到220!!?-1,总孔体积为0.Slcm3g-1,含氮量0.8%，其在常温常压下对二氧化碳吸附量3.2mmol/g。
[0134]将按照1: 1:8比例的导电剂(乙炔黑、碳黑、人造石墨、天然石墨、片状石墨、气相法生长碳纤维、碳纳米管、金属粉末、和金属纤维中的一种或任意两种以上)、粘结剂(四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酰胺、乙烯-丙烯-二烯共聚树脂、苯乙烯丁二烯橡胶、聚丁二烯、氟橡胶、聚环氧乙稀、聚乙烯吡咯烷酮、聚酯树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚乙烯醇、和羟丙基纤维素中的一种或任意两种以上的组合)、氮掺杂多孔碳材料混合均匀，加入溶剂(水、醇类、聚醇类、萜类、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、乙酸乙酯、和丙酸甲酯中的一种或任意两种以上的组合)调成泥浆状，采用丝网印刷法均匀涂抹在一平方厘米的泡沫镍上烘干，15Mp压实，制备超级电容器电极。
[0135]经测试，制备的超级电容器电极的具体性质，比电容为311?357F/g。
[0136]掺杂多孔碳材料性质表征
[0137]氮掺杂多孔碳材料的结构表征通过N2吸附(Micromeritics TriStar II 3020)测试。比表面积根据Brunauer-Emmett-Tel Ier (BET)理论计算，孔径分布(PSD)采用吸附等温线的吸附支并采用Barrett-Joyner-Halenda(BJH)模型计算。
[0138]氮掺杂多孔碳材料为原料制备超级电容器的电极以及电极的测试方法
[0139]按照1:1:8比例的乙炔黑、聚四氟乙烯、氮掺杂多孔碳材料调成泥浆状，均匀涂抹在一平方厘米的泡沫镍上烘干，15Mp压实，制备超级电容器电极。
[0140]单电极的电容性能采用CHI760D电化学工作站三电极体系进行测试，其中对电极为铂丝电极，Hg/HgO为参比电极，6M KOH溶液为电解液。本实例主要采用循环伏安法(CV)、恒电流充放电(GC)以及电化学阻抗谱(EIS)等方法进行电化学性能测试。单个电极的循环伏安测试电压范围设定为-1?0V。充放电测试的电流密度设置在0.5?SOAg—1，且电压范围为-1?0V。碳材料的比电容通过恒电流充放电的放电支，并根据以下公式计算:
[0141]C=I/(mdV/dt)
[0142]其中I为恒定电流，m为活性物质的质量，dV/dt为根据除去电压降部分的放电曲线计算所得的斜率。
[0143]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种利用枣核制备氮掺杂多孔碳材料的工艺，其特征在于，包括如下步骤: (1)枣核的预处理:将枣核清洗、烘干、机械粉碎，然后过筛； (2)氮掺杂碳材料的制备:将经预处理的枣核颗粒放入反应器中，通入由惰性气体、氨气和水蒸气组成的混合气体，控制反应温度保持在500?700°C，持续反应I?3h，生成氮掺杂碳材料； (3)氮掺杂多孔碳材料的制备:将活化剂参入步骤(2)中的氮掺杂碳材料中，混合均匀，控制氮掺杂碳材料与活化剂的质量比为1:2?4;惰性气体保护下升温至700?900°C，持续反应I?3h，生成氣惨杂多孔碳材料。2.根据权利要求1所述的一种利用枣核制备氮掺杂多孔碳材料的工艺，其特征在于，所述混合气体为惰性气体通过铵盐溶液或氨水后的气体。3.根据权利要求2所述的一种利用枣核制备氮掺杂多孔碳材料的工艺，其特征在于，所述氨气、水蒸气和惰性气体的体积比为1:1?3:5?10。4.根据权利要求3所述的一种利用枣核制备氮掺杂多孔碳材料的工艺，其特征在于，所述氨气、水蒸气和惰性气体的体积比为1:2:7。5.根据权利要求2所述的一种利用枣核制备氮掺杂多孔碳材料的工艺，其特征在于，所惰性气体的流速为250?350mL min—1，所述铵盐溶液或氨水的温度为70?80°C，所述铵盐或氨水的浓度为0.8?1.5M。6.根据权利要求5所述的一种利用枣核制备氮掺杂多孔碳材料的工艺，其特征在于，所述铵盐为碳酸氢铵、碳酸铵、硝酸铵、柠檬酸铵和氯化铵中一种或多种。7.根据权利要求6所述的一种利用枣核制备氮掺杂多孔碳材料的工艺，其特征在于，所述惰性气体的流速为300mL min—1，所述铵盐溶液或氨水的温度为75°C，所述铵盐或氨水的浓度为1.0M。8.根据权利要求1?7任意一项所述的一种利用枣核制备氮掺杂多孔碳材料的工艺，其特征在于，所述步骤(2)中的反应时间为2h。9.根据权利要求8所述的一种利用枣核制备氮掺杂多孔碳材料的工艺，其特征在于，所述步骤(2)中的反应温度为600°C;或所述步骤(3)中的反应温度为800°C;或所述步骤(3)中的反应时间为2h;或氮掺杂多孔碳材料与活化剂的比例为1: 3;或所述活化剂为氢氧化钾；或所述惰性气体为氮气或氩气;或所述步骤(I)中过筛所用筛子的目数为60目；或所述反应器为管式炉。10.一种超级电容器的电极的制备方法，其特征在于，将质量比为1: 0.5?1.5: 7?9的导电剂、粘结剂和权利要求1?16任意一项所述的一种利用枣核制备氮掺杂多孔碳材料的工艺制备的氮掺杂多孔碳材料混合均匀，添加溶剂调成泥浆状，将上述浆料涂覆于的导电衬底上烘干，在压力10?20Mp下压实，制备成超级电容器电极;或所述导电剂包括乙炔黑、碳黑、人造石墨、天然石墨、片状石墨、气相法生长碳纤维、碳纳米管、金属粉末、和金属纤维中的一种或任意两种以上的组合;或所述粘结剂包括聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酰胺、乙烯-丙烯-二烯共聚树脂、苯乙烯丁二烯橡胶、聚丁二烯、氟橡胶、聚环氧乙稀、聚乙烯吡咯烷酮、聚酯树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚乙烯醇、和羟丙基纤维素中的一种或任意两种以上的组合;或所述溶剂包括水、醇类、聚醇类、萜类、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、乙酸乙酯、和丙酸甲酯中的一种或任意两种以上的组合;或所述导电剂为乙炔黑，所述粘结剂为聚四氟乙烯，所述溶剂为水，所述导电衬底为泡沫镍;或所述导电剂、粘结剂和权利要求1?16任意一项所述的一种利用枣核制备氮掺杂多孔碳材料的工艺制备的氮掺杂多孔碳材料的质量比为1: 1:8;或所述压力为15MPa;或所述涂覆的方法包括浸渍提拉法、刮涂法、旋涂法、喷涂法、丝网印刷法、和悬浮粒子浸涂法中的一种或任意两种以上的组合;或所述导电衬底的大小为I平方厘米。
【专利摘要】本发明属于生物质碳材料的制备领域，具体公开了一种利用枣核制备氮掺杂多孔碳材料的工艺以及超级电容器电极的制备方法，该工艺包括如下步骤：(1)枣核的预处理；(2)氮掺杂碳材料的制备；(3)氮掺杂多孔碳材料的制备。本发明选取枣核为碳源，在惰性保护气体中混合氨气和水蒸气，在碳化的过程中同时进行氮掺杂反应，然后在活化剂的作用下活化制孔，制备高比表面积和孔体积的氮掺杂多孔碳材料。本发明制备方法简单，成本低，生产效率高且节约能源。实验结果表明，使用其制备的超级电容器电极具有高比电容，理想的赝电容、高循环稳定性，性能优于商业活性碳的超级电容器性能以及大部分氮掺杂多孔碳材料。
【IPC分类】C01B31/12, C01B31/10, H01G11/44, H01G11/34
【公开号】CN105645408
【申请号】
【发明人】魏晓林, 魏同业, 杨利文, 肖化平, 张祺
【申请人】湘潭大学
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年3月9日