[发明专利]一种鸟巢状多孔碳材料及其制备方法

说明书

本发明属于多孔碳材料的制备技术领域，公开了一种鸟巢状多孔碳材料的制备方法，包括：通过水热法制备鸟巢状碳前驱体；将所述鸟巢状碳前驱体的粉末与活化剂，在惰性氛围下，通过高温煅烧碳化‑活化处理，得到鸟巢状多孔碳材料。本发明的制备方法不使用任何模板，制备方法简单；后处理过程简单，无需酸洗。既降低了原料的成本，又避免了对环境造成污染，适用于工业化规模生产。

技术领域

本发明涉及多孔碳材料的制备技术领域，特别涉及一种鸟巢状多孔碳材料及其制备方法。

背景技术

由于具备较大的比表面积、较高的孔隙率、可调控的孔径、均匀一致的孔道结构、优良的表面化学性质、良好的导电性及热稳定性等优点，使多孔碳材料在吸附剂、催化剂载体和能源储存等领域有着广泛的应用。

活性碳、石墨烯、碳纳米管、碳气凝胶、碳纤维、洋葱状碳等多种碳材料常被用作超级电容器电极材料。虽具有众多优异的光、电、力学等性能，但它并非十全十美。纯碳材料的结构比较完整，活性位点较少，因此大大限制了碳材料的水溶性，生物相容性和反应活性。通常，大多数多孔碳是通过硬/软模板法和后活化法制备。甚至有的方法声称没有用模板，而是用生物材料中固有的激活剂或无机物作为模板。在所有这些模板方法中，中孔和大孔主要来自于硬/软模板的去除，而微孔主要是由后活化产生。

现有技术中，模板法需要用到比较昂贵的原料，例如：氧化铝，氧化镁等金属盐或是或者SiO2作为模板；同时，所用原料复杂，制备过程和后处理过程复杂需要酸洗除去金属钾盐或钠盐，同时也会增加生产成本。

发明内容

本发明提供一种鸟巢状多孔碳材料的制备方法，实现了简易一步法制备鸟巢状碳材料，不使用任何无机盐做模板，制备方法简单、反应所需时间短，既降低了原料的成本，又避免了对环境造成污染，适用于工业化规模生产。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种鸟巢状多孔碳材料的制备方法，包括：

通过水热法制备鸟巢状碳前驱体；

将所述鸟巢状碳前驱体的粉末与活化剂，在惰性氛围下，通过高温煅烧碳化-活化处理，得到鸟巢状多孔碳材料。

进一步地，所述通过水热法制备鸟巢状碳前驱体包括：

将酚类物质、醛类物质以及10wt％盐酸充分混合于200mL带有聚四氟乙烯里衬的反应釜中；

将所述反应釜密封放置于150～180℃的烘箱中加热12～14小时，得到黑色海绵状产物；

将所述黑色海绵状产物经水洗过滤后放置在60～80℃的烘箱中干燥6～8小时，得到鸟巢状碳前驱体粉末。

进一步地，所述醛类物质和所述酚类物质的质量比为：0.5～1:1，所述10wt％盐酸的体积为100～120mL。

进一步地，所述酚类物质为苯酚、邻苯二酚、间苯二酚或者对苯二酚；

所述醛类物质为甲醛或者六次甲基四胺。

进一步地，所述鸟巢状碳前驱体的粉末与活化剂的质量比为1:3～10。

进一步地，所述活化剂为氯化锌、氯化铵或者碳酸铵。

进一步地，所述将所述鸟巢状碳前驱体的粉末与活化剂，在惰性氛围下，通过高温煅烧碳化-活化处理包括：

将所述鸟巢状碳前驱体的粉末与活化剂置于玛瑙研磨中研磨10-25min，得到混合粉末；

将所述混合粉末放入管式炉，在惰性气氛下，以2～5℃/min从室温升温至700～900℃，并保温1～3h，而后自然冷却至室温。

进一步地，所述惰性气氛为氮气、氩气或者氦气。

一种鸟巢状多孔碳材料，采用所述的方法制备得到。