技术摘要：
本发明涉及一种3D多孔碳材料及其制备方法与应用，制备方法包括将桃胶加入至氯化锌溶液中并搅拌混合均匀，之后依次经过离心、冻干、煅烧、洗涤、干燥过程后，即得到3D多孔碳材料；所制备的3D多孔碳材料可用于制备电子传输材料以及超级电容器中的电极材料。与现有技术相  全部
背景技术：
超级电容器是一类介于传统电容器和电池之间的新型储能设备，兼具能量密度高 与功率密度大的优点。作为超级电容器中最主要的电能存储贡献者，电极材料是影响超级 电容器性能和生产成本的关键因素。基于电荷存储机制，超级电容器电极材料通常分为双 电层电容材料和法拉第赝电容材料。以碳材料为代表的双电层电容材料是目前市场上最为 商业化应用的超级电容器电极材料。 用于超级电容器电极制作的碳材料其合成原料主要来自于矿物燃料、天然植物和 合成高分子。天然植物由于环保可再生、来源丰富、价格低廉、碳含量高，受到广泛青睐。桃 胶是由半乳糖(33％)、阿拉伯糖(32％)、木糖(13％)、糖醛酸(7-20％)和甘露糖(3％)组成 的天然小分子生物量。桃胶含量丰富，在中国每年可生产1000多万吨，桃胶在生物医学、水 处理、食品饮料等领域的应用研究较少。
技术实现要素：
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种工艺简单、原料 绿色、来源广泛的3D多孔碳材料及其制备方法与应用。 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现： 一种3D多孔碳材料的制备方法，包括以下步骤： 1)将桃胶加入至氯化锌溶液中并搅拌混合均匀，得到反应前体溶液； 2)将反应前体溶液依次经过离心、冻干、煅烧、洗涤、干燥过程后，即得到3D多孔碳 材料。 进一步地，步骤1)中，所述的桃胶与氯化锌的摩尔比为1:(1-4)。通过调整桃胶与 氯化锌的摩尔比有利于形成多孔碳结构，增加电极材料的比电容，提高材料的性能。 进一步地，步骤1)中，所述的桃胶为天然桃胶。 进一步地，步骤1)中，搅拌时间为2-24h。 进一步地，步骤2)中，所述的煅烧过程中，煅烧温度为400-600℃，煅烧时间为1- 5h。 进一步地，步骤2)中，所述的煅烧过程中，煅烧气体为氮气或氩气，煅烧气体流量 为20-50mL/min。 进一步地，步骤2)中，所述的洗涤过程中，所用洗涤剂依次包括盐酸与去离子水。 一种3D多孔碳材料采用如上所述的方法制备而成，可用于制备超级电容器中的电 极材料，其中所述的电极材料的制备方法包括：将3D多孔碳材料与炭黑、聚四氟乙烯以质量 比(7-10):(0.5-2):1混合，并压合于泡沫镍片上，之后再在50-80℃下干燥6-18h后，即得到 3 CN 111547719 A 说　明　书 2/6 页 所述超级电容器中的电极材料。 本发明采用一步法合成三维多孔碳材料，并选用桃胶作为碳源，其中桃胶作为一 种自然界中储量丰富的生物质材料，其主要成分包括阿拉伯糖、半乳糖、木糖、葡萄糖全酸 及鼠李糖，化学结构中含有多种氨基、羟基和羧基，有利于产品材料中氮原子的引入。此外， 将桃胶浸入氯化锌水溶液后，锌离子、氯离子及水分子可渗透到植物纤维中，使得植物纤维 显著膨胀，并在渗透之后，氯化锌附着在桃胶上，进而在高温活化过程中获得具有超高比表 面积和大孔体积的材料。 在热处理过程中，利用氯化锌的催化脱羟基与催化脱水作用，使原料中的氢和氧 以水蒸汽的形式放出，并形成多孔结构；另一方面，高温作用使得氯化锌汽化，并以氯化锌 分子形式扩散进入碳源内部形成结构骨架，此时碳源中的高聚物炭化后沉积于氯化锌骨架 表面，之后采用盐酸洗去氯化锌骨架后，即得到具有高比表面积的多孔结构碳材料。 与现有技术相比，本发明具有以下特点： 1)本发明通过使用ZnCl2活化桃胶的方法合成多孔结构的氮掺杂碳材料，合成的 碳材料含有丰富的大孔、中孔和微孔结构，可达到良好的电化学性能； 2)本发明利用桃胶作为前驱体，制备了一种含氮掺杂三维多孔碳材料，在搅拌碳 化过程中合成三维多孔碳，具有操作简单、原料绿色、来源广泛的优点； 3)本发明制备的超级电容器电极碳材料的比表面积能达到2421m2/g，比表面积的 大小一定程度上与电极材料的性能相关联，比表面积越大，所得的电极材料的孔容越大，就 越容易被电解液浸润，导电性就越好，同时作为超级电容器的电极材料，比电容达到402F/ g； 4)本发明中制备的超级电容器的电极材料具有高电流密度，除了用于超级电容电 极材料外，还可广泛的用于要求电子快速传输的领域中。 附图说明 图1为实施例1中制备得到的3D多孔碳材料的循环伏安测试曲线； 图2为实施例1中制备得到的3D多孔碳材料的恒流充放电的测试曲线； 图3为实施例1中制备得到的3D多孔碳材料的扫描电子显微镜图。