【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于多孔碳制备，具体涉及一种基于苯并噁嗪固相转换的氮氧共掺杂电容器用多孔碳及其制备方法和应用。
技术介绍
1、富含氮、氧的三维多孔碳材料具有巨大的比表面积和高孔隙度。同时，其中氮和氧原子的掺杂有效地调控了碳骨架周围电子云的排布。因此，该种材料在多种电化学反应中表现出卓越的催化活性。该材料在电催化氮气还原制备氨、电催化二氧化碳还原、电催化水的分解，以及电池和超级电容器等领域都具有极其重要的应用价值。
2、作为一种新型酚醛树脂，苯并噁嗪树脂不仅拥有类似传统酚醛树脂在热性能、力学性能、阻燃性等方面的优异特性具体包括接近零收缩固化、低吸水性、良好的尺寸稳定性、优异的fst(火、烟、毒性)性质等。其较高的残碳率，且本征的高杂原子掺杂使得其成为潜在的优秀多孔碳前驱体。
3、随着超级电容器，电池等领域的飞速发展，高效研发储能源碳材料成为了科研工作者和工业界研发人员的方向。专利号（cn117317223a）中使用海藻酸钠作为多孔碳的前驱体，但是其质量剩余率（即碳材料的收率）最高仅有29.4%。如何开发和高效地制备具有高比表面积、高电容量的电容器用多孔是目前行业中急需解决的问题。
技术实现思路
1、专利技术目的：针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于苯并噁嗪固相转换的氮氧共掺杂电容器用多孔碳，本专利技术以苯并噁嗪固相转换化学为基础，制备一种高交联度的n，o高掺杂树脂，再通过活化碳化的方式，高效地获得n，o共掺杂多孔碳，不仅拓宽了杂原子掺杂多孔碳的制备途径，同
2、本专利技术还提供所述基于苯并噁嗪固相转换的氮氧共掺杂电容器用多孔碳的制备方法及其应用。
3、技术方案：为了实现上述目的，本专利技术所述一种基于苯并噁嗪固相转换的氮氧共掺杂电容器用多孔碳，由含有邻位酰胺结构的苯并噁嗪单体通过固化、固相转换、活化和碳化后获得；所述含有邻位酰胺结构的苯并噁嗪单体的结构如下所示：
4、，
5、其中-r为以下结构之一：
6、。
7、本专利技术所述的基于苯并噁嗪固相转换的氮氧共掺杂电容器用多孔碳的制备方法，包括如下步骤：
8、（1）将酰氯类化合物与邻氨基苯酚混合溶于有机溶剂中，加热反应，停止反应后将有机溶剂蒸干，获得邻位酰胺酚类化合物；
9、（2）将邻位酰胺酚类化合物、胺类化合物和多聚甲醛溶于有机溶剂中，加热反应，停止反应后，重结晶得到含有邻位酰胺结构的苯并噁嗪单体；
10、（3）将含有邻位酰胺结构的苯并噁嗪单体通过固化、固相转换得到树脂前驱体，再将树脂活化和碳化后得到基于苯并噁嗪固相转换的氮氧共掺杂电容器用多孔碳。
11、其中，步骤（1）中所述的酰氯类化合物为如下所示任意一种：
12、
13、其中，步骤（1）中酰氯类化合物与邻氨基苯酚的摩尔比为1:1-1:1.1。
14、作为优选，步骤（1）中酰氯类化合物中的酰氯基团与邻氨基苯酚中的氨基的摩尔比为1:1。
15、其中，步骤（1）中所述加热温度为30-60℃，反应时间为1-4小时，有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺和n-甲基吡咯烷酮中的一种或者多种。
16、其中，步骤（2）中胺类化合物为二胺基二苯甲烷，所述邻位酰胺酚类化合物、二胺基二苯甲烷和多聚甲醛的摩尔比为2:1:4-2:1:4.8。
17、其中，二胺基二苯甲烷，其分子式如下所示：
18、。
19、其中，步骤（2）中加热温度为80-120℃，反应时间为6-10小时，有机溶剂为甲苯、二甲苯、二氧六环和n,n-二甲基甲酰胺、中的一种或者多种。
20、其中，步骤（3）中所述固化、固相转换为将含有邻位酰胺结构的苯并噁嗪单体在120℃、140℃、160℃、180℃、200℃、220℃、240℃和260℃的温度下各反应1-3小时。
21、其中，步骤（3）中所述的活化过程为将固相转换后的产物与氢氧化钾，过硫酸铵或者高铁酸钾按照质量比1:1-1:3的比例进行混合。
22、其中，步骤（3）中所述的碳化过程为将活化后的样品在惰性气氛下600-900℃高温碳化1-3h。
23、本专利技术所述的基于苯并噁嗪固相转换的氮氧共掺杂电容器用多孔碳在超级电容器和电池中的应用。
24、本专利技术利用邻位酰胺型酚类化合物，胺类化合物，多聚甲醛，溶于溶剂中，在80-120℃反应6-10h，停止反应后将反应液旋蒸，将得到的苯并噁嗪高温固相转化，得到树脂前驱体，再将前驱体和活化剂混合后高温碳化，获得基于苯并噁嗪固相转换的氮氧共掺杂电容器用多孔碳。本专利技术的优点在于：①通过苯并噁嗪固相转换方法制备的n，o高掺杂树脂，因其较高的交联密度，在碳化过程中能够有效地保留缺陷结构，并实现碳的高效利用。②获得的n，o共掺杂多孔碳因其较多的缺陷结构与较大的比表面积，因此拥有较高的电容值。③合成工艺相较简单，对设备要求低，产率高，耗能小，适合大规模生产。
25、本专利技术首次使用苯并噁嗪固相转换的方法，去制备了一种苯并噁唑基的高交联度树脂多孔碳前驱体，改善了传统制备多孔碳过程中前驱体无法高效利用的问题，其前驱体的整体利用率超过45%，获得的多孔碳不仅保留了较多的缺陷结构，且获得了较大的比表面积，能够有效地提高其作为电容器材料的电容值。
26、本专利技术中采用特殊结构单体，通过固相转换方法固相转换方法制备的n,o高掺杂树脂，因其较高的交联密度，在碳化过程中能够有效地保留缺陷结构，并实现碳的高效利用，其次获得的n,o共掺杂多孔碳因其较多的缺陷结构与较大的比表面积，因此拥有较高的电容值。
27、本专利技术合成了新的前驱体结构，通过特定方法实现了前驱体的高利用率，高性能。本专利技术首次通过苯并噁嗪固相转换方法实现碳的高效利用（＞50%）同时拥有较高的电容值，保证了前驱体向碳材料高转换率。本专利技术利用特定的单体结构，利用其结构与固相转换特点，使得能够通过高转化率获得碳材料的同时，获得极好的性能。本专利技术中采用特定的苯并噁嗪单体结构，其较高的交联密度和芳香环含量使得其在烧制过程中挥发损失较少，以获得较高的收率。
28、有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：
29、1、本专利技术通过苯并噁嗪固相转换方法制备的n,o高掺杂树脂，因其较高的交联密度，在碳化过程中能够有效地保留缺陷结构，并实现碳的高效利用。
30、2、本专利技术制备获得的n,o共掺杂多孔碳因其较多的缺陷结构与较大的比表面积，因此拥有较高的电容值。
31、3、合成工艺相较简单，对设备要求低，产率高，耗能小，适合大规模生产。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于苯并噁嗪固相转换的氮氧共掺杂电容器用多孔碳，其特征在于，由含有邻位酰胺结构的苯并噁嗪单体通过固化、固相转换、活化和碳化后获得；所述含有邻位酰胺结构的苯并噁嗪单体的结构如下所示：
2.一种权利要求1所述的基于苯并噁嗪固相转换的氮氧共掺杂电容器用多孔碳的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的酰氯类化合物为如下所示任意一种：
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中酰氯类化合物与邻氨基苯酚的摩尔比为1:1-1:1.1。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述加热温度为30-60℃，反应时间为1-4小时，有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺和N-甲基吡咯烷酮中的一种或者多种。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中胺类化合物为二胺基二苯甲烷，所述邻位酰胺酚类化合物、二胺基二苯甲烷和多聚甲醛的摩尔比为2:1:4-2:1:4.8。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述固化、固相转换为将含有邻位酰胺结构的苯并噁嗪单体在120℃、140℃、160℃、180℃、200℃、220℃、240℃和260℃的温度下各反应1-3小时。
9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述的活化过程为将固相转换后的树脂前驱体与氢氧化钾，过硫酸铵或者高铁酸钾按照质量比1:1-1:3的比例进行混合；步骤（3）中所述的碳化过程为将活化后的样品在惰性气氛下600-900℃高温碳化1-3h。
10.一种权利要求1所述的基于苯并噁嗪固相转换的氮氧共掺杂电容器用多孔碳在超级电容器和电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种基于苯并噁嗪固相转换的氮氧共掺杂电容器用多孔碳，其特征在于，由含有邻位酰胺结构的苯并噁嗪单体通过固化、固相转换、活化和碳化后获得；所述含有邻位酰胺结构的苯并噁嗪单体的结构如下所示：
2.一种权利要求1所述的基于苯并噁嗪固相转换的氮氧共掺杂电容器用多孔碳的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的酰氯类化合物为如下所示任意一种：
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中酰氯类化合物与邻氨基苯酚的摩尔比为1:1-1:1.1。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述加热温度为30-60℃，反应时间为1-4小时，有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺和n-甲基吡咯烷酮中的一种或者多种。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中胺类化合物为二胺基二苯甲烷，所述邻位酰胺酚类化合...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋晓云，陆寅，姚振豪，刘水国，魏彬彬，张琪，宋涛，张侃，
申请(专利权)人：常州宏巨电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。