本發(fā)明涉及活性碳材料的制備方法及其應(yīng)用，屬于納米碳材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種雞蛋殼衍生三維蜂窩狀碳材料的制備方法。

背景技術(shù)：

伴隨著工業(yè)化進(jìn)程的迅猛發(fā)展，各種新能源被不斷研發(fā)來解決化石能源所帶來的供應(yīng)不足和環(huán)境污染問題，其中儲氫、儲鋰和超級電容器材料受到廣泛關(guān)注。在這些儲能材料中，多孔碳材料占據(jù)主要位置。因?yàn)槎嗫滋疾牧夏芴峁┹^大的比表面積，快速離子和原子擴(kuò)散通道，導(dǎo)電性好和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。經(jīng)過多年的研究，人們已經(jīng)開發(fā)出一大批孔徑可調(diào)，比表面積可控及形貌多樣的多孔碳材料，但現(xiàn)存的大多數(shù)多孔碳存在制備工藝復(fù)雜，原料成本昂貴等缺點(diǎn)，如：三維石墨烯碳材料和介孔碳。且多數(shù)多孔碳的比容量在200f/g，難于滿足電動車等高能量密度器件的要求。因此，制備價(jià)格低廉、工藝簡單和比容量高的多孔碳材料仍是追求的目標(biāo)。

雞蛋殼產(chǎn)量豐富，但是沒有得到有效的利用，基本都被作為垃圾處理。雞蛋殼的成分主要是碳，其具有作為生物質(zhì)衍生碳材料的潛力。本發(fā)明進(jìn)一步降低多孔碳材料的成本，制備出具有優(yōu)異等級孔結(jié)構(gòu)的雞蛋殼衍生三維蜂窩狀碳材料，其比容量在240f/g。其低廉的價(jià)格和優(yōu)異的性能使得它具有廣闊的市場應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供雞蛋殼衍生三維蜂窩狀碳材料的制備方法。

一種雞蛋殼衍生三維蜂窩狀碳材料的制備方法，其步驟為：

1）原料前處理:將雞蛋殼用水和乙醇各洗2次，在40-100℃下烘干12-24小時(shí)，剪成尺寸為0.5-2cm²的薄片；

2）水熱碳化：取0.1至5份薄片和37.5至75份水放入反應(yīng)釜中，然后將反應(yīng)釜在120-180℃下水熱碳化12-24小時(shí)；產(chǎn)物過濾，在40-100℃下烘干；

3）高溫活化：將水熱產(chǎn)物放入2-7mkoh溶液中浸泡1-3天，koh溶液與碳化產(chǎn)物的質(zhì)量比為5:1至1:1；把浸泡的碳化產(chǎn)物取出干燥，放入管式爐活化，活化條件為：600-1000^oc下煅燒1-5小時(shí)，并通惰性氣體保護(hù)，最后降到室溫，用0.1mhcl清洗殘留的鉀鹽，得到具有三維蜂窩狀結(jié)構(gòu)的雞蛋殼衍生碳材料。

優(yōu)選地，所述惰性氣體為氬氣或氮?dú)狻?/p>

優(yōu)選地，所述高溫煅燒的升溫速率為1-15℃/min。

優(yōu)選地，所述的三維蜂窩狀雞蛋殼衍生碳材料，其比表面積大于1200m²/g,用作超級電容器電極材料在1a/g下恒電流放電比容量大于240f/g。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

1）實(shí)驗(yàn)方案簡便易行；

2）原料廉價(jià)易得；

3）制備的雞蛋殼衍生碳材料具有三維蜂窩狀結(jié)構(gòu)，比表面積大，孔徑分布廣泛；

4）該雞蛋殼衍生三維蜂窩狀碳材料用作超級電容器電極材料時(shí)，具有比容量高及循環(huán)穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種雞蛋殼衍生三維蜂窩狀碳材料的制備方法的流程圖。

圖2是本發(fā)明的實(shí)施例1到4中制備的衍生碳材料的xrd圖。

圖3是本發(fā)明的實(shí)施例1到4中制備的衍生碳材料的sem圖。

圖4是本發(fā)明的實(shí)施例1到4中制備的衍生碳材料的恒電流充放電曲線圖。

圖5是本發(fā)明的實(shí)施例1到4中制備的衍生碳材料的循環(huán)伏安曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實(shí)施例1：

1）原料前處理:將雞蛋殼用水和乙醇各洗2次，在40℃下烘干24小時(shí),剪成尺寸為0.5cm²的薄片。

2）水熱碳化：稱取0.1g薄片，放入50ml的反應(yīng)釜中，并在斧襯內(nèi)注入3/4體積的水，然后將反應(yīng)釜在120℃下水熱碳化24小時(shí);產(chǎn)物過濾，在40℃下烘干。

3）高溫活化：將水熱產(chǎn)物放入2m（摩爾每升）koh溶液（氫氧化鉀溶液）中浸泡3天，koh溶液與碳化產(chǎn)物的質(zhì)量比為1：5；把浸泡的碳化產(chǎn)物取出干燥，放入管式爐活化，活化條件為：600℃下煅燒5小時(shí)，并通氮?dú)獗Ｗo(hù)，升溫速率為1℃/min，最后降到室溫，用0.1mhcl（氯化氫溶液）清洗殘留的鉀鹽，得到具有三維蜂窩狀結(jié)構(gòu)的雞蛋殼衍生碳材料。

4）電化學(xué)性能測試：采用水相三電極系統(tǒng)測試其電化學(xué)性能，其中所制備的衍生碳做成工作電極、鉑片為對電機(jī)、hg/hgo為參比電極，電解液為6m的koh溶液，測試儀器為上海晨化chi760e電化學(xué)工作站，測試結(jié)果如附圖4-5所示。

實(shí)施例2：

1）原料前處理:將雞蛋殼用水和乙醇各洗2次，在60℃下烘干20小時(shí),剪成尺寸為1cm²的薄片。

2）水熱碳化：稱取0.5g薄片，放入100ml的反應(yīng)釜中，并在斧襯內(nèi)注入3/4體積的水，然后將反應(yīng)釜在140℃下水熱碳化20小時(shí)。產(chǎn)物過濾，在80℃下烘干。

3）高溫活化：將水熱產(chǎn)物放入4mkoh溶液中浸泡2天，koh溶液與碳化產(chǎn)物的質(zhì)量比為3:1；把浸泡的碳化產(chǎn)物取出干燥，放入管式爐活化，活化條件為：700℃下煅燒4小時(shí)，并通氬氣保護(hù)，升溫速率為5℃/min，最后降到室溫，用0.1mhcl清洗殘留的鉀鹽，得到具有三維蜂窩狀結(jié)構(gòu)的雞蛋殼衍生碳材料。

4）電化學(xué)性能測試：其測試方法同實(shí)施例1。

實(shí)施例3：

1）原料前處理：將雞蛋殼用水和乙醇各洗2次，在80℃下烘干16小時(shí)。剪成尺寸為1.5cm²的薄片。

2）水熱碳化：稱取3g薄片,放入50ml的反應(yīng)釜中，并在斧襯內(nèi)注入3/4體積的水，然后將反應(yīng)釜在160℃下水熱碳化15小時(shí)；產(chǎn)物過濾，在70℃下烘干。

3）高溫活化：將水熱產(chǎn)物放入5mkoh溶液中浸泡1天，koh溶液與碳化產(chǎn)物的質(zhì)量比為4:1；把浸泡的碳化產(chǎn)物取出干燥，放入管式爐活化，活化條件為：800℃下煅燒2小時(shí)，并通惰性氣體保護(hù)，升溫速率為10℃/min，最后降到室溫，用0.1mhcl清洗殘留的鉀鹽，得到具有三維蜂窩狀結(jié)構(gòu)的雞蛋殼衍生碳材料。

4）電化學(xué)性能測試：其測試方法同實(shí)施例1。

實(shí)施例4:

1）原料前處理:將雞蛋殼用水和乙醇各洗2次，在100℃下烘干12小時(shí)。剪成尺寸為2cm²的薄片。

2）水熱碳化：稱取5g薄片，放入100ml的反應(yīng)釜中，并在斧襯內(nèi)注入3/4體積的水，然后將反應(yīng)釜在180℃下水熱碳化12小時(shí)。產(chǎn)物過濾，在100℃下烘干。

3）高溫活化：將水熱產(chǎn)物放入7mkoh溶液中浸泡1天，koh溶液與碳化產(chǎn)物的質(zhì)量比為5：1；把浸泡的碳化產(chǎn)物取出干燥，放入管式爐活化，活化條件為：1000^oc下煅燒1小時(shí)，并通惰性氣體保護(hù)，升溫速率為15℃/min，最后降到室溫，用0.1mhcl清洗殘留的鉀鹽，得到具有三維蜂窩狀結(jié)構(gòu)的雞蛋殼衍生碳材料。

4）電化學(xué)性能測試：其測試方法同實(shí)施例1。

參見附圖，圖2為實(shí)施例1到4中制備的雞蛋殼衍生碳材料的xrd圖。其中，橫坐標(biāo)是角度；縱坐標(biāo)是相對強(qiáng)度。從圖中可以看出得到的產(chǎn)物為非晶態(tài)碳材料，在2θ為25°處有較弱的石墨衍射峰。

圖3為實(shí)施例1到4中制備的雞蛋殼衍生碳材料的sem圖。從圖中可以看到這種碳材料為蜂窩狀結(jié)構(gòu)，孔壁上有大量的介孔，孔間為大孔結(jié)構(gòu)，這些等級孔能提供較大的比表面積，這有利于離子的擴(kuò)散接觸，可以提高超級電容器的容量。

圖4為實(shí)施例1到4中制備的雞蛋殼衍生碳材料的恒電流充放電曲線圖。從圖中可以看出，在1a/g的電流密度下，充放電時(shí)間基本在330s左右，比容量高達(dá)330f/g。

圖5為實(shí)施例1到4中制備的雞蛋殼衍生碳材料的循環(huán)伏安曲線。從圖中可以看出，在50mv/s的掃速下，它依舊保持矩形曲線，說明了它具有理想的雙電層儲能特征。

本發(fā)明并不局限上述所列舉的具體實(shí)施方式，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明工作原理和上面給出的具體實(shí)施方式，可以做出各種等同的修改、等同的替換、部件增減和重新組合，從而構(gòu)成更多新的實(shí)施方式。