[发明专利]有序介孔间苯二酚-甲醛树脂和介孔碳的液相制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一类在水溶液中高表面积，有序的介孔间苯二酚-甲醛高分子或介孔炭材料的制备方法。

背景技术

有序介孔高分子和有序介孔炭材料由于其特殊的结构及表面性质，使其作为能源存储和转化，催化，吸附分离等领域中发挥着重要作用。有序介孔高分子和有序介孔高分子孔径在2～50nm，孔径均一，并且孔道的排列有序，是近十多年兴起的热点课题。

有序介孔高分子和有序介孔炭材料最早采用硬模板法合成，以SBA-15等有序结构的二氧化硅介孔材料作为硬模板，在介孔孔道内填充有机物前体并聚合炭化后，除去硬模板，成功制备出了有序介孔高分子和有序介孔炭材料。但制备过程中需要首先合成并硬模板材料在最后除去硬模板，硬模板法过程冗长，成本非常高，工业化可行性低，并且在某些情况下残留的极少量硬模板都会显著影响其某些性能。因此，开发新的制备有序介孔高分子和有序介孔炭材料方法不仅具有一定的理论意义，还有重要的实际价值。

我们以间苯二酚和甲醛为前体，氨为催化剂，非离子表面活性剂为结构导向剂，通过液相自组装的方法得到孔径均一有序介孔间苯二酚-甲醛高分子和有序介孔炭。并且氨水起到聚合催化剂作用的同时也可以和间苯二酚-甲醛树脂反应，从而在有序介孔高分子和有序介孔炭中引入氮物种，从而可以有效的改变有序介孔高分子和炭材料表面化学性能和电子性能，从而可以大大改善其性能，拓宽其应用范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在液相中制备有序介孔间苯二酚-甲醛树脂和有序介孔炭的方法。它的工艺简单、反应条件温和、时间短且易于放大。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现。

一种有序介孔间苯二酚-甲醛树脂和有序介孔炭的快速制备方法，其具体步骤为：

（1）在水浴中磁力搅拌下将非离子表面活性剂溶于水、37%的甲醛和氨组成的混合液中，得到均一透明的溶液；

（2）在搅拌下加入有机溶胀剂和间苯二酚，并搅拌至完全溶解。溶液开始为紫色后逐渐变成浅黄色。室温搅拌1h后，为深蓝色。

（3）将得到的深蓝色溶液在一定温度下聚合；

（4）离心或过滤收集沉淀，得到粉末状的高分子前体-表面活性剂的复合物；将粉末状复合物放入烘箱中干燥后，在惰性气氛中利用280℃至小于600℃低温焙烧除去表面活性剂得到有序介孔高分子材料，或者，进一步可在600℃至1400℃高温下碳化得到相应的有序介孔炭材料。

上述第（1）步和第（2）步中所述的甲醛与对苯二酚摩尔比在0.8到3之间，氨与间苯二酚的质量比在0.1到1之间。

上述第（1）步中所用的非离子表面活性剂为聚环氧乙烷-聚环氧丙烷，聚环氧乙烷-聚环氧丁烷，聚环氧乙烷-烷基型二嵌段、三嵌段共聚物。

上述第（2）步中所述有机溶胀剂为C₅-C₁₆烷烃、苯、甲苯、二甲苯或三甲苯。

上述过程中所述几种物料的质量比为，间苯二酚:表面活性剂:水=1:(0.6～3.0):(10～60)。

上述第（3）步中所述的间苯二酚和甲醛的聚合温度在50～100℃，时间在2～48小时。

上述第（4）步中所述粉末状的高分子-表面活性剂的复合物干燥温度在70～160℃，时间在4～72小时。

上述第（4）步中所述用惰性气氛下焙烧除去表面活性剂的温度在280～1400℃，时间在2～20小时。

本发明利用氨水做催化剂，催化间苯二酚和甲醛的聚合，与非离子表面活性剂胶束形成氢键发生自组装的同时，原位引入氮元素，在高温碳化后仍可得到氮原子在骨架中均匀分布的有序介孔间苯二酚-甲醛高分子和有序介孔碳材料。这种液相自组装的方法具有简单、快捷等特点，有望实现大规模生产，并且所得有序介孔高分子和介孔炭的粉末的粒径可由非离子表面活性剂的加入量控制。含氮基团的掺杂改变了有序介孔高分子和有序介孔炭表面的官能团及表面的等电点等诸多化学和电子性质。本发明制备的介孔材料表面及大有序度高，在催化、吸附和电极材料方面有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明实施例1得到的有序介孔炭的小角度XRD图。

图2是本发明实施例1得到的有序介孔炭的氮气吸附-脱附等温线（a）和孔分布曲线（b）。

具体实施方式

下面通过具体的实施例来进一步阐述本发明的技术方案。

实施例1