[发明专利]制备多孔碳材料的方法及用该方法制备的多孔碳材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备多孔碳材料的方法及用该方法制备的多孔碳材料，特别是一种利用有机多孔骨架材料聚四苯甲烷（PAF-1）为原料制备多孔碳材料的方法及用该方法制备的多孔碳材料。

背景技术

因具有丰富的孔道结构和较高的比表面积，多孔碳材料在日常生活和工业生产中有着广泛的应用，比如：有害气体吸收、污染物的吸附、气体的贮藏和分离等。从近十五年尤其是最近五年的部分文献报道情况看，多孔碳材料在催化领域的应用研究进度越来越快，所涉及的领域也越来越广。另外，由于多孔碳材料具有大比表面积，其作为后备电源及记忆候补装置的超级电容器的电极材料的研究也更加深入。

已知的多孔碳材料有活性炭（AC）、活性炭纤维（ACF）、碳分子筛（CMS）以及九十年代新发展起来的碳纳米管（CNTs）和最近的石墨烯等。

微孔多孔碳材料是通过活化过程合成得到的，其中，无序的介孔多孔碳材料有多种合成方法，包括金属催化活化，有机气凝胶的碳化，使用硅纳米粒子的模板合成等；有序的多孔碳材料是利用分子筛作为模板剂得到的，比如：具有可调变的孔道结构的有序介孔多孔碳材料主要通过介孔硅材料MCM-48、 HMS、 SBA-15、MCF、MSU-X做为模板剂合成得到；具有石墨结构的有序介孔碳材料可以通过高温下将柔性结构的碳源转化成具有高度有序结构的石墨材料；有序的片层结构多孔碳材料也可以通过定向设计合成的硅材料为模板得到。但上述方法都属于物理活化的方法，其制备过程繁琐，制备周期长，且模板剂不能重复利用，成本较高。

另一制备多孔碳材料的方法为化学活化法，其相较于物理活化的方法具有以下优点：（1）所需温度较物理活化低；（2）通常只需一步活化，操作简单不繁琐；（3）所得多孔碳的产率相对较高；（4）得到的多孔碳具有较大的比表面和窄的微孔；（5）活化剂价格低廉，种类多样。化学活化法广为使用的一类活化剂为氢氧化物，如：KOH、NaOH、CsOH等。

发明内容

本发明目的之一在于提供一种制备多孔碳材料的新方法。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：制备多孔碳材料的方法，其特征在于： 包括如下步骤：

步骤一：提供多孔有机骨架材料聚四苯甲烷；

步骤二：将聚四苯甲烷与选自KOH、NaOH或CsOH的氢氧化物混合，其中聚四苯甲烷和氢氧化物的质量比为1:2—1:7；

步骤三：将步骤二获得的混合物从室温缓慢程序升温到活化温度，活化温度至少为400℃；

步骤四：在氮气保护下，将混合物的温度控制在活化温度，活化至少30 分钟后，得多孔碳材料；

步骤五：将步骤四获得的多孔碳材料冷却、去除无机物杂质后，水洗至中性。

优选的方案之一为：在步骤二中，先将聚四苯甲烷与氢氧化物在有机溶剂中搅拌、混合均匀，然后再蒸除有机溶剂，将混合物干燥，其中有机溶剂选自乙醇、甲醇、N-N二甲基甲酰胺、二甲基亚砜等，优先选择既能溶解氢氧化物又易于蒸除的低沸点溶剂，如乙醇，甲醇。搅拌时间越长，混合越均匀，优选的搅动时间至少为10小时。

优选的方案之一为：聚四苯甲烷的比表面积至少为3500 平方米/克。                                                                                                  

优选的方案之一为：步骤三中，在将步骤二获得的混合物从室温缓慢程序升温到活化温度时的升温速度为1-3℃/分钟。

优选的方案之一为：步骤三中，在将步骤二获得的混合物从室温缓慢程序升温到活化温度前，先将拟对混合物加热的环境抽真空，然后再用氮气置换至少两次。

优选的方案之一为：步骤五中的冷却是在氮气保护下进行。

本发明利用含碳量高且具有超高比表面积的多孔有机骨架化合物聚四苯甲烷作为碳前躯物，在氮气保护下程序升温，并在恰当温度下，利用氢氧化物如KOH，NaOH，CsOH等作为活化剂，制得多孔碳材料。不但工艺简单，而且制得的多孔碳材料具有高比表面积及高热稳定性，孔径分布均一，可应用于气体储存及分离，锂离子电池，超级电容器等方面。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种新型多孔碳材料。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：多孔碳材料，是根据权利要求1至5任一项的方法所制备。

优选的方案之一为：多孔碳材料的BET比表面积为500-4000 平方米/克。

优选的方案之一为：多孔碳材料具有长程有序结构。