一种氮掺杂多孔碳纤维材料及其制备方法与应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种氮掺杂多孔碳纤维材料及其制备方法与应用。该制备方法包括如下步骤：（1）将氮源和碳源溶解于水中；然后经静置沉淀和过滤得到所述氮源与所述碳源结合的前驱物；所述氮源为三聚氰胺和/或三聚氰酸；所述碳源为有机酸和/或有机胺；（2）将所述前驱物置于管式炉中进行煅烧，即得。本发明提供的三聚氰胺在热水溶液中能够溶解与有机酸通过氨基与羧基之间的作用力和本身氢键作用力组装在一起，通过冷却处理，析出白色沉淀物，该白色物质作为前驱体，过滤干燥后在惰性气体条件下高温煅烧，得到黑色的氮掺杂的多孔碳纤维材料。该材料合成条件温和简便，原料价格低廉，具有高的比表面积和好的电化学性能。
【专利说明】一种氮掺杂多孔碳纤维材料及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种氮掺杂多孔碳纤维材料及其制备方法与应用。
【背景技术】
[0002]通过掺杂异质原子在碳基材料中，可以调控材料本身的性能，如导电性、光学性及表面化学特征等。由于氮原子的电负性(3.5)高于碳原子的电负性(3.0)，且有与碳原子可比的原子尺寸和可成键的电子价态，近年来，氮掺杂的碳基材料被不断报道。氮掺杂的碳基材料作为一种新型的碳材料被广泛用于各个领域，目前面临的主要问题在于:(1)原料造价高，在能源和环境领域不能广泛使用；(2)合成方法复杂，且不能大量制备。使用价格低廉的碳源和氮源，开发合成简单且可大量制备氮掺杂的碳基材料的方法受到各个领域的密切关注。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种氮掺杂多孔碳纤维材料及其制备方法与应用。
[0004]本发明首先提供了一种氮掺杂多孔碳纤维材料的制备方法，包括如下步骤:
[0005](1)将氮源和碳源溶解于水中；然后经静置沉淀和过滤得到所述氮源与所述碳源结合的前驱物；
[0006]所述氮源为三聚氰胺和/或三聚氰酸；
[0007]所述碳源为有机酸和/或有机胺；
[0008](2)将所述前驱物置于管式炉中进行煅烧，即得所述氮掺杂多孔碳纤维材料。
[0009]本发明所使用的三聚氰胺的结构如式I所示，三聚氰酸的结构如式II所示。
[0010]
【权利要求】
1.一种氮掺杂多孔碳纤维材料的制备方法，包括如下步骤: (1)将氮源和碳源溶解于水中；然后经静置沉淀和过滤得到所述氮源与所述碳源结合的前驱物； 所述氮源为三聚氰胺和/或三聚氰酸； 所述碳源为有机酸和/或有机胺； (2)将所述前驱物置于管式炉中进行煅烧，即得所述氮掺杂多孔碳纤维材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述有机酸选自下述物质中至少一种:柠檬酸、草酸、乳酸、丙二酸和乙酸； 所述有机胺选自下述物质中至少一种:乙二胺和丙二胺。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于:步骤(I)中，所述氮源与所述碳源的摩尔比为I?3:1?3。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于:步骤(I)中，将所述氮源和所述碳源溶解于温度为50?100°C的水中。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征在于:步骤(I)中，所述静置沉淀的温度为O?15°C。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的制备方法，其特征在于:步骤(2)中，所述煅烧步骤在惰性气氛下进行。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的制备方法，其特征在于:步骤(2)中，所述煅烧的温度为300?1000°C，时间为0.5?4小时。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的制备方法，其特征在于:步骤(2)中，将所述管式炉以2?10°C /min的升温速率升至所述煅烧的温度。
9.权利要求1-8中任一项所述方法制备的氮掺杂多孔碳纤维材料。
10.权利要求9所述氮掺杂多孔碳纤维材料的如下任一种方面中的应用: 1)制备锂离子电池负极材料； 2)制备燃料电池负极材料； 3)水处理。
【文档编号】H01M4/96GK103806129SQ201410056572
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年2月19日 优先权日:2014年2月19日
【发明者】舒春英, 栗瑞敏, 王春儒 申请人:中国科学院化学研究所