[发明专利]各向异性多孔结构炭材料及其超组装制备方法

说明书

本发明属于炭材料的制备领域，提供了一种各向异性多孔结构炭材料及其超组装制备方法，将浓度为1.2mol/L‑1.8mol/L的酸溶液、核糖及F127加入聚四氟乙烯容器中搅拌，产生F127/核糖胶束，在聚四氟乙烯容器中加入PSSMA搅拌，使PSSMA附着在F127/核糖胶束的表面，将聚四氟乙烯容器放入水热釜中进行水热反应，得到各向异性结构炭材料，用水和乙醇对各向异性结构炭材料进行洗涤，除去各向异性结构炭材料中的F127，得到各向异性多孔结构炭材料。因此，本发明提供的各向异性多孔结构炭材料及其超组装制备方法原料来源广泛，环境友好，可持续性强，可实现规模化生产，得到的各向异性多孔结构炭材料在催化、储能和转化、药物传递和气体吸附等领域广泛应用。

技术领域

本发明属于炭材料的制备领域，具体涉及一种各向异性多孔结构炭材料及其超组装制备方法。

背景技术

具有独特几何形貌和可控尺寸的纳米和微米级胶体材料是功能材料领域的一个热门课题，引起了研究者的广泛关注。然而，在非均相聚合体系中制备的产物，由于其与介质之间的界面自由能最小，往往趋于球形。随着纳米科学的发展，各向异性非球形材料的可控合成具有重要的理论和技术意义。此外，这些纳米颗粒可以作为新的基元组装成具有特定形貌和高复杂度的新型超结构。各向异性和复杂的形貌赋予了它们额外的性质，并在催化、储能和转化、药物传递和气体吸附等领域展现出了新的应用机会。因此，设计和制备具有各向异性的纳米颗粒和复杂的超结构对于开发新型功能材料和器件具有重要意义。

在这些材料中，各向异性介孔碳质材料(AMCMs)近年来引起了人们的广泛关注。AMCMs可以将各向异性(几何多样性)、含碳材料(高导电性、高化学和热稳定性)和介孔(高比表面积和大孔体积)的优点集成为一个整体，显示出独特的性能和新颖的应用。然而，尽管科学家们已经作出了很多努力，但只报道了少数具有碗状或半球形的简单纳米尺寸的AMCMs。另外，它们大多是以酚醛树脂为碳前驱体，采用硬模板法制备的，这使得合成过程复杂、繁琐、成本高，不利于工业化生产。因此，探索新的、可持续的、简便的方法来制备具有各种形态和尺寸的AMCMs是一个亟待解决的问题。

由于化石燃料资源的日益短缺和全球环境意识的日益增强，利用可再生资源制备功能性碳素材料越来越受到重视。近十年来，生物质的水热炭化(HTC)技术因其无毒、低成本、天然可再生的生物质和水介质的应用、简便的仪器和技术而受到广泛关注。然而，通过这种HTC方法制备的含碳材料通常是无孔的球形颗粒。由于胶束的不稳定性以及在高温合成过程中缺乏指导基元各向异性组装的策略，生物质衍生AMCMs的控制生长仍然是一个问题。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种各向异性多孔结构炭材料的超组装制备方法。

本发明提供了一种各向异性多孔结构炭材料的超组装制备方法，具有这样的特征，包括如下步骤：步骤1，将浓度为1.2mol/L-1.8mol/L的酸溶液、核糖及F127加入聚四氟乙烯容器中搅拌一段时间，产生F127/核糖胶束，步骤2，步骤1搅拌结束后，在聚四氟乙烯容器中加入PSSMA搅拌一段时间，使PSSMA附着在F127/核糖胶束的表面，步骤3，步骤2搅拌结束后，将聚四氟乙烯容器放入水热釜中进行水热反应，得到各向异性结构炭材料，步骤4，用水和乙醇对各向异性结构炭材料进行洗涤，除去各向异性结构炭材料中的F127，得到各向异性多孔结构炭材料，其中，在步骤1中，核糖、F127和PSSMA的质量比为6：2-4：0.05-0.12且PSSMA浓度为0.83g/L-2.00g/L，或核糖、F127和PSSMA的质量比为6：2-4：0.13-0.25且PSSMA浓度为2.17g/L-4.17g/L，酸溶液与核糖的体积质量比为50ml-70ml：6g。

在本发明提供的各向异性多孔结构炭材料的超组装制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，核糖、F127和PSSMA的质量比为6：2-4：0.05-0.12且PSSMA的浓度为0.83g/L-2.00g/L，各向异性多孔结构炭材料呈棒状。