本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)基氮摻雜多孔碳材料的制備方法，具體涉及一種將生物質(zhì)與活化試劑、氮源混合，再將其高溫活化處理制備高性能超級電容器用氮摻雜多孔碳材料的新方法。

背景技術(shù)：

多孔碳由于具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、導(dǎo)電性、生物相容性，且比表面積大、價格低廉，在超級電容器領(lǐng)域有很高的應(yīng)用價值。根據(jù)儲存能量方式的不同，超級電容器分為兩類，一類是電化學(xué)雙層電容器(EDLC)，另一類法拉第電容器，也稱氧化還原電容器。在雙層電容器中，碳材料通過高速氧化還原反應(yīng)和吸附離子來進行能量儲存。EDLC是一種新型儲能設(shè)備，功率密度高、充放電速率快、既環(huán)保且使用壽命長。與一般的電容器相比，超級電容器由于電極和電解液間接觸面積很大、可儲存更多能量，具有更高的能量密度，因而超級電容器在能源儲存上具有重要的應(yīng)用前景。電極材料是決定超級電容能性能的關(guān)鍵因素之一，多孔碳由于具有以上物理化學(xué)特性也被廣泛用于超級電容器電極材料。近年來，為了進一步提高多孔碳材料在這些方面的應(yīng)用，通常將N、B、S等雜原子或含雜原子的基團如氨基，硝基，磺酸基等摻雜到多孔碳材料的表面或結(jié)構(gòu)中，使其各方面的性能得到改進和提高。在眾多的摻雜當(dāng)中，氮的摻雜備受科研工作者的青睞。如何通過簡便可控的方法實現(xiàn)氮摻雜多孔碳材料的制備成為研究的關(guān)鍵。

專利CN105253871A公開了一種超級電容器用含氮碳材料的制備方法，具體步驟：首先將含氮聚合物在惰性氣體保護下熱處理一段時間得到碳化產(chǎn)物；再將碳化產(chǎn)物與活化劑混合進行活化處理一段時間得到超級電容器用含氮碳材料。專利CN105006374A公開了一種鹽模板法制備多孔氮碳復(fù)合物的方法及其在超級電容器中的應(yīng)用。具體步驟為：首先將鄰苯二胺單體分散在水中混勻，加入聚合引發(fā)劑后混合均勻，反應(yīng)完成后抽慮干燥，得聚鄰苯二胺基體；再將聚鄰苯二胺基體與氯化鈉，氯化鋅混勻，置于管式爐中高溫?zé)峤猓玫降紡?fù)合物與鹽混合物；最后將其酸洗，水洗，去除鹽模板，干燥后得多孔氮碳復(fù)合物。以上專利存在氮摻雜多孔碳合成原料價格較高，步驟復(fù)雜。專利CN105645408A公開了一種利用棗核制備氮摻雜多孔碳材料的工藝以及超級電容器電極的制備方法。其選取棗核為碳源，在惰性保護氣體中混合氨氣和水蒸氣下進行碳化處理，在碳化的過程中同時進行氮摻雜反應(yīng)，然后在活化劑的作用下活化制孔，制備高比表面積和孔體積的氮摻雜多孔碳材料。其存在氮摻雜多孔碳合成步驟復(fù)雜，因此如何實現(xiàn)以廉價的生物質(zhì)為原料，通過簡便的方法實現(xiàn)氮摻雜和活化過程同步完成是制備超級電容器用高性能多孔碳材料的關(guān)鍵。

本專利是以花生殼等生物質(zhì)為原料，通過氮源的引入，再結(jié)合化學(xué)活化一步合成高性能超級電容器用氮摻雜多孔碳材料。本路線合成方法簡便，通過控制活化試劑和氮源的加入量控制多孔碳材料的氮的摻雜量和孔隙發(fā)達程度，最終制備高性能超級電容器用氮摻雜多孔碳材料。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是提供一種以花生殼等生物質(zhì)為原料合成高性能超級電容器用氮摻雜多孔碳材料的新方法。

本發(fā)明首先將花生殼等生物質(zhì)粉碎，再將其與活化試劑、氮源按質(zhì)量比1∶2∶2～1∶5：5(g/g/g)混合，向其中加入一定量蒸餾水混合均勻，將混合物浸漬10h后在90℃烘箱中干燥12h，將干燥后的混合物在700～1000℃管式爐中活化處理1～3h，固體洗滌、干燥，得到的氮摻雜多孔碳材料進行電化學(xué)性能測試。

本發(fā)明的特征在于：所述生物質(zhì)為花生殼、稻殼、栗子殼。

本發(fā)明的特征在于：所述活化劑為氫氧化鉀和氫氧化鈉。

本發(fā)明的特征在于：所述氮源為尿素和三聚氰胺。

具體實施方式

實施例1：將粉碎后的花生殼、KOH、尿素按質(zhì)量比1∶5∶3(g/g/g)混合，向其中加入50mL蒸餾水混合均勻，將混合物浸漬10h后在90℃烘箱中干燥12h，將干燥后的混合物在800℃管式爐中活化1h，固體洗滌、干燥，得到的氮摻雜多孔碳材料進行電化學(xué)性能測試，以6mol/L的氫氧化鉀為電解液，在0～1.0v電壓范圍內(nèi)，測得比容量為294F/g，循環(huán)5000次容量保持率為96％左右。

實施例2：改變花生殼、活化試劑、尿素的質(zhì)量比為1∶4∶3(g/g/g)，其他條件同實施例1，得到的氮摻雜多孔碳材料的比電容為271F/g，循環(huán)5000次容量保持率為96％左右。

實施例3：改變花生殼、活化試劑、尿素的質(zhì)量比為1∶5∶2(g/g/g)，其他條件同實施例1，得到的氮摻雜多孔碳材料的比電容為280F/g，循環(huán)5000次容量保持率為96％左右。

實施例4：改變活化時間為2h，其他條件同實施例1，得到的氮摻雜三維多級孔碳材料的比電容為258F/g，循環(huán)5000次容量保持率為96％左右。

實施例5：改變活化試劑為氫氧化鈉，其他條件同實施例3，得到的氮摻雜多孔碳材料的比電容為251F/g，循環(huán)5000次容量保持率為96％左右。

實施例6：改變氮源為三聚氰胺，其他條件同實施例1，得到的氮摻雜多孔碳材料的比電容為311F/g，循環(huán)5000次容量保持率為96％左右。

實施例7：改變花生殼、活化試劑、尿素的質(zhì)量比為1∶3∶2(g/g/g)，其他條件同實施例1，得到的氮摻雜多孔碳材料的比電容為265F/g，循環(huán)5000次容量保持率為95％左右。

實施例8：改變玉米芯、活化試劑、尿素的質(zhì)量比為1∶4∶1(g/g/g)，其他條件同實施例1，得到的氮摻雜多孔碳材料的比電容為255F/g，循環(huán)5000次容量保持率為97％左右。

實施例9：改變混合物的活化溫度為900℃，其他條件同實施例1，得到的氮摻雜多孔碳材料的比電容為271F/g，循環(huán)5000次容量保持率為95％左右。