采用動物的毛發(fā)制備氮摻雜多孔碳用于超級電容器的制造方法
【專利說明】
所屬技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種氮摻雜介孔碳做超級電容器材料的制備方法，更具體地說是用動物毛發(fā)做氮摻雜多孔碳來制備超級電容器材料的方法，將動物如馬、牛、豬、羊、狗等的毛發(fā)在氮氣氣氛下高溫碳化，然后用濃氫氧化鉀在適當的溫度下處理一定時間，最終獲得氮摻雜的多孔碳，這種氮摻雜多孔碳具有很大的比表面積和微孔，可以用做超級電容器的材料。
【背景技術】
[0002]由于嚴峻的環(huán)境問題和石油能源危機使得當前和未來對于綠色能源生產和儲能設備的開發(fā)更為緊迫。對于不可連續(xù)的能源比如風能，太陽能，氫能和地熱等的開發(fā)依賴于更加有效的能量儲存設備。超級電容器通過陰陽極離子可逆的吸附到具有較大的比表面積的活性電極表面進行電力儲存。具有較高性能的超級電容器電極材料首先要具備較大的比表面積去容納較多的電解質離子從而提高比電容量。目前應用于商業(yè)的超級電容器電極材料的主流還是生物質衍生出的多孔材料，主要由于制造成本低廉，原料豐富和能源環(huán)境問題。
[0003]目前使用植物系生物廢料做原料被人們廣泛的研究，有些研究者開始致力于動物系廢料的應用。有報道使用雞內金合成出具有較大的比表面積和豐富的孔道的氮摻雜多孔碳材料。
[0004]本發(fā)明旨在利用動物毛發(fā)制備氮摻雜多孔碳材料，并將其應用于超級電容器材料。

【發(fā)明內容】

[0005]動物的毛發(fā)是一種含有蛋白質的有機物，而蛋白質中含有氮元素，所以這種動物的毛發(fā)經高溫碳化后可以直接獲得氮摻雜的多孔碳。從而快速獲得具有高比容量超級電容器的材料。
[0006]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:
將一定量的動物毛發(fā)如馬、牛、豬、羊和狗的毛等，在高溫氮氣氣氛下碳化，然后用濃氫氧化鉀溶液在一定溫度下浸泡幾個小時，過濾，水洗到中性，空氣中晾干，獲得氮摻雜的多孔碳。
[0007]本發(fā)明利用X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)等表征手段分析了所制備的樣品。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明的由動物毛發(fā)高溫碳化并用氫氧化鉀溶液處理過的氮摻雜多孔碳處理，具有比較大的比表面積2149.9m2g 微孔直徑為1.78nm，在6M Κ0Η電解質中，1A g 1電流密度下的比電容量最大為198.0F g 'c在2Ag 1電流密度下經過3000次循環(huán)后的比電容量保留率為91.6%,本發(fā)明的氮摻雜多孔碳材料，適用于超級電容器材料。操作方法簡單，成本低廉、可重復。
【附圖說明】
[0009]圖1動物毛發(fā)高溫(a，800，b, 900，clOOO度)碳化并用堿處理后的氮摻雜多孔碳，d, 1000度下碳化的多孔碳透射電鏡圖。
[0010]圖2不同焙燒溫度下氮摻雜多孔碳的大角XRD圖譜。
[0011]圖3不同焙燒溫度下氮摻雜多孔碳的氮氣吸附-脫附以及孔徑分布圖。
[0012]圖4不同溫度下碳化后的氮摻雜多孔碳XPS圖譜，樣品含有氮元素。
[0013]圖5不同溫度下碳化后的氮摻雜多孔碳循環(huán)伏安圖，掃描速率20mv/s.
【具體實施方式】
[0014]以下通過具體實施例并結合附圖對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明并不限于以下實施例。
[0015]所述方法如無特別說明，均為常規(guī)方法。所述材料如無特別說明，均能從公開商業(yè)途徑購買得到。
[0016]實施例1
將1.ο克動物的毛發(fā)(羊毛)在氮氣氣氛下800度下碳化2小時，升溫速率為1度/分鐘，冷卻到室溫后，用2 mol.L 1的氫氧化鉀溶液10克在40度下攪拌處理2小時。取出后過濾，并用去離子水洗滌到中性，空氣中晾干。即獲得氮摻雜的多孔碳材料。
[0017]實施例2
將1.0克動物的毛發(fā)(羊毛)在氮氣氣氛下900度下碳化2小時，升溫速率為5度/分鐘，冷卻到室溫后，用4 mol.L 1的氫氧化鉀溶液15克在80度下攪拌處理4小時。取出后過濾，并用去離子水洗滌到中性，空氣中晾干。即獲得氮摻雜的多孔碳材料。
[0018]實施例3
將1.0克動物的毛發(fā)(羊毛)在氮氣氣氛下1000度下碳化2小時，升溫速率為10度/分鐘，冷卻到室溫后，用6mol.L 1的氫氧化鉀溶液20克在120度下攪拌處理6小時。取出后過濾，并用去離子水洗滌到中性，空氣中晾干。即獲得氮摻雜的多孔碳材料。
【主權項】
1.本發(fā)明涉及一種通過用動物毛發(fā)做氮摻雜多孔碳來制備超級電容器材料的方法，主要特征在于采用動物(馬、牛、豬、狗等)的毛發(fā)在氮氣氣氛下高溫度碳化，最后得到氮摻雜多孔碳。2.根據權利要求1所述的一種通過用動物毛發(fā)做氮摻雜多孔碳來制備超級電容器材料的方法，主要特征在于動物(馬、牛、豬、狗等)的毛發(fā)在氮氣氣氛下高溫度碳化的溫度在800-1000 度。3.根據權利要求1所述的動物(馬、牛、豬、狗等)的毛發(fā)在氮氣氣氛下高溫度碳化，主要特征在于碳化時的升溫速度在1度/分鐘一 10度/分鐘。4.根據權利要求1所述的一種通過用動物毛發(fā)做氮摻雜多孔碳來制備超級電容器材料的方法，其主要特征在于氮摻雜多孔碳進一步用濃氫氧化鉀堿溶液處理，氫氧化鉀的濃度為 2_6mol.L5.根據權利要求1所述的一種通過用動物毛發(fā)做氮摻雜多孔碳來制備超級電容器材料的方法，其主要特征在于氮摻雜多孔碳進一步用濃氫氧化鉀堿溶液處理時，氮摻雜多孔碳與氫氧化鉀溶液的質量比為1:10-20。6.根據權利要求1所述的一種通過用動物毛發(fā)做氮摻雜多孔碳來制備超級電容器材料的方法，其主要特征在于氮摻雜多孔碳進一步用濃氫氧化鉀堿溶液處理，處理的時間為2-6小時。7.根據權利要求1所述的一種通過用動物毛發(fā)做氮摻雜多孔碳來制備超級電容器材料的方法，其主要特征在于氮摻雜多孔碳進一步用濃氫氧化鉀堿溶液處理時的溫度，溫度為 40-120 度。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種通過用動物毛發(fā)高溫碳化獲得氮摻雜多孔碳來制備超級電容器材料的方法，即使用動物的毛發(fā)作為原料，通過高溫碳化，并進一步處理獲得氮摻雜多孔碳。在900℃碳化得到的樣品的比表面積為2149.9m2g-1,微孔直徑為1.78nm,在6MKOH電解質中，1Ag-1電流密度下的比電容量最大為198.0Fg-1。在2Ag-1電流密度下經過3000次循環(huán)后的比電容量保留率為91.6%。本方法適用于制備超級電容器。
【IPC分類】H01G11/44, H01G11/86, C01B31/02
【公開號】CN105321731
【申請?zhí)枴緾N201410381132
【發(fā)明人】谷濤
【申請人】無錫華臻新能源科技有限公司
【公開日】2016年2月10日
【申請日】2014年8月5日