(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111519599.6 (22)申请日 2021.12.13 (71)申请人 安徽大学 地址 230039 安徽省合肥市蜀山区肥西路3 号 (72)发明人 郑方才　李志强　王俊中　 (74)专利代理 机构 合肥市浩智运专利代理事务 所(普通合伙) 34124 专利代理师 缪璐欢 (51)Int.Cl. H01M 4/38(2006.01) H01M 4/587(2010.01) H01M 10/0525(2010.01) C01B 32/05(2017.01) (54)发明名称 硫和氮共掺杂多孔碳材料的制备方法、 制得 的碳材料及其应用 (57)摘要 本发明公开一种硫和氮共掺杂多孔碳材料 的制备方法， 涉及纳米材料技术领域， 包括以下 步骤： (1)将乙酸锰和聚乙烯吡咯烷酮混合溶液 加入均苯三甲酸溶液中， 搅拌， 静置， 离心、 干燥 后获得前驱物； (2)将前驱物在氮气气氛中加热 碳化， 得到Mn O纳米晶体， 用3mol/L 盐酸溶液刻蚀 后， 清洗、 干燥后得到多孔碳材料； (3)将多孔碳 材料和硫粉分别放置在管式炉下风口和上风口， 氮气气氛下加热保温， 得到硫掺杂多孔碳材料； (4)将硫掺杂多孔碳材料置于通入氨气的管式 炉， 加热保温， 冷却至室温后得到硫和氮共掺杂 多孔碳材料。 本发明的有益效果在于： 制备的硫 和氮共掺杂多孔碳材料工艺简单高效， 安全易 行， 合成周期短， 有望得到 推广和产业 化生产。 权利要求书1页 说明书7页 附图4页 CN 114695861 A 2022.07.01 CN 114695861 A 1.一种硫和氮共掺杂多孔 碳材料的制备 方法， 其特 征在于： 包括以下步骤： (1)将乙酸锰和聚乙烯吡咯烷酮混合溶液加入均苯三甲酸溶液中， 搅拌， 在18 ‑25℃下 静置后， 离心、 干燥后获得 前驱物； (2)将前驱物在氮气气氛中加热碳化， 得到MnO纳米晶体， 用3mol/L盐酸溶液刻蚀后， 清 洗、 干燥后得到多孔 碳材料； (3)将多孔碳材料和硫粉分别放置在管式炉下风口和上风口， 氮气气氛条件下加热保 温， 得到硫掺杂多孔 碳材料； (4)将硫掺杂多孔碳材料置于通入氨气的管式炉， 加热保温， 冷却至室温后得到硫和氮 共掺杂多孔 碳材料。 2.根据权利要求1所述的硫和氮共掺杂多孔碳材料的制备方法， 其特征在于： 所述步骤 (1)中将乙酸锰和聚乙烯吡 咯烷酮混合物、 均苯三甲酸分别溶解在水和乙醇的混合溶液中， 分别得到乙酸锰和聚乙烯吡咯烷酮混合溶 液和均苯三甲酸溶 液。 3.根据权利要求1所述的硫和氮共掺杂多孔碳材料的制备方法， 其特征在于： 所述乙酸 锰和聚乙烯吡咯烷酮混合溶液中乙酸锰的浓度为4.9mg/mL， 聚乙烯吡咯烷酮的浓度为 30mg/mL， 所述均苯三甲酸溶 液的浓度为9mg/mL。 4.根据权利要求1所述的硫和氮共掺杂多孔碳材料的制备方法， 其特征在于： 所述步骤 (1)中干燥温度为6 0℃， 干燥时间为6 h。 5.根据权利要求1所述的硫和氮共掺杂多孔碳材料的制备方法， 其特征在于： 所述步骤 (2)将前驱物在氮气 气氛中在6 00℃以10℃/mi n的加热速率 碳化2h。 6.根据权利要求1所述的硫和氮共掺杂多孔碳材料的制备方法， 其特征在于： 所述多孔 碳材料和硫粉的质量比为1:5 。 7.根据权利要求1所述的硫和氮共掺杂多孔碳材料的制备方法， 其特征在于： 所述步骤 (3)中加热温度为600℃， 加热保温时间为2h， 加热速率为10℃/min。 ， 所述步骤(4)中加热温 度为600℃， 加热保温时间为2h， 加热速率 为10℃/mi n。 8.采用权利要求1 ‑7中任一项所述的制备 方法制得的硫和氮共掺杂多孔 碳材料。 9.采用权利要求1 ‑7中任一项所述的制备方法制得的硫和氮共掺杂多孔碳材料作为钾 离子电池负极材 料的应用。 10.采用权利要求1 ‑7中任一项所述的制备方法制得的硫和氮共掺杂多孔碳材料在制 备钾离子电池中的应用。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114695861 A 2硫和氮共掺 杂多孔碳材料的制备方 法、 制得的碳材料及其 应用 技术领域 [0001]本发明涉及纳 米材料技术领域， 具体涉及 一种硫和氮共掺杂多孔碳材料的制备方 法、 制得的碳材 料及其应用。 背景技术 [0002]随着便携式电子产品和电动汽车的日益发展， 锂离子电池因其稀缺性   (0.0017wt％)、 在地壳分布不均、 锂资源成本上升等缺点， 已不能满足储能设备的市场需 求。 目前， 由于钾离子电池具有丰富的钾资源(1.5wt ％)， 氧化还原电位( ‑2.93V)接近锂离 子电池(3.04V)， 电化学行为与锂离子电池相似， 作为锂离子电池的候选材料受到越来越多 的关注。 碳材料因其丰富、 氧化还原电位低、 物理化学稳定性稳定等优点， 目前已成为钾离 子电池极具应用前 景的阳极材 料之一。 [0003]氮掺杂是提 高K+吸附活性位点最有效的途径之一。 大尺寸的杂原子(如  S,P)则是 扩大氮掺杂碳材料的层间距， 如厦门大学(Adv.Funct.M ater. 2020， 2007158页)报道磷掺 杂可以扩大氮 掺杂碳材料的层间距离从0.368 到 0.374nm。 同时， 额外的杂原子与氮原子表 现出协同效应， 进一步增强了对  K+的吸附能力。 公开号为CN112582619A的专利申请公开氮 和氧共掺杂碳纳米纤维材料的制备方法， 美国(Energy  Storage Material s， 2000， 第27卷，   212‑225页)报道， 发现层间距从氮掺杂碳材料的0.345nm扩大为硫和氮共掺杂碳材料的 0.352nm， 同时硫和氮共掺杂碳材料展现出更好的钾 离子存储容量。 不幸的是， 单掺杂剂对 双掺杂碳材料 的影响还没有被系统地研究。 此外， 虽然引入较大尺寸的杂原子可以扩大层 间距， 提高氮掺杂碳材料的储钾性能， 但氮掺杂型很难控制， 通常氮掺杂会形成石墨氮和边 缘氮掺杂  (吡啶氮、 吡咯氮)， 研究表明只有边缘掺杂(吡啶氮和吡咯氮)对K+的吸附有贡 献， 而石墨 ‑氮对K+的吸附没有贡献。 不能有效的控制氮掺杂类型， 就无法定向提升产物的 储钾能力， 无法提升电极材 料的性能。 发明内容 [0004]本发明所要解决的技术问题在于提供通过硫掺杂优化氮构型的碳质材料的制备 方法， 得到硫和氮共掺杂多孔 碳材料， 提高其用作锂离 子电池负极材 料时的性能。 [0005]本发明通过以下技 术手段实现解决上述 技术问题： [0006]一种硫和氮共掺杂多孔 碳材料的制备 方法， 包括以下步骤： [0007](1)将乙酸锰和聚乙烯吡咯烷酮混合溶液加入均苯三 甲酸溶液中， 搅拌， 在18 ‑25 ℃下静置后， 离心、 干燥后获得 前驱物； [0008](2)将前驱物在氮气气氛中加热碳化， 得到MnO纳米晶体， 用3mol/L  盐酸溶液刻蚀 后， 清洗、 干燥后得到多孔 碳材料； [0009](3)将多孔碳材料和硫粉分别放置在管式炉下风口和上风口， 氮气气氛条件下加 热保温， 得到硫掺杂多孔 碳材料；说　明　书 1/7 页 3 CN 114695861 A 3