[发明专利]一种超高比表面积介孔炭纳米球及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种超高比表面积介孔炭纳米球及其制备方法和应用。其中，所述超高比表面积介孔炭纳米球由苯胺、吡咯和嵌段共聚物通过共聚诱导自组装法制备的介孔炭纳米球前驱体高温炭化制得。所述超高比表面积介孔炭纳米球具有介孔/微孔壳层结构，直径为200～800nm，介孔大小为6～20nm，比表面积为372～2520m²/g，总孔容为0.24～1.43cm³/g。所述的超高比表面积介孔炭纳米球结合了多孔炭材料与介孔材料的独特优势，具有较大的比表面积和孔容，良好的导电性和离子传输性能，适量的氮掺杂以及骨架壁上的可修饰性，使其在能源、催化、吸附、生物医学等诸多领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及纳米材料领域，尤其涉及一种超高比表面积介孔炭纳米球及其制备方法和应用。

背景技术

介孔炭纳米球是一类具有介孔尺寸孔洞的炭纳米球，作为一种重要的多孔炭材料，由于具有比表面积高、吸附能力强，化学性质稳定，骨架电导性好、离子传输快、孔结构及表面化学性质可调等优点，在能源、吸附、催化、分离和环境以及生物医药等领域有着广泛的应用潜力。

目前，制备介孔炭纳米球的主要方法为模板法，包括硬模板法和软模板法。通常用到的硬模板剂主要为二氧化硅，软模板剂主要为嵌段共聚物如聚氧乙烯-b-聚氧丙烯、聚环氧乙烷-b-聚苯乙烯等。相对于硬模板法，软模板法具有合成步骤少、操作简单、低成本等优点。更重要的是，硬模板法涉及繁琐的模板刻蚀和洗涤步骤，需要用到大量的溶剂，不利于环保，而软模板法只需简单的升温炭化即可移除模板，得到介孔炭纳米球。然而，到目前为止，所有通过软模板法制备的介孔炭纳米球都存在比表面积较低(一般小于1200m²/g)，介孔偏小(小于10nm)等缺点，我们知道，在一些应用领域如作为超级电容器电极材料，锂离子电池材料，高比表面积、大的介孔能够提高材料电导率、缩短离子传输距离，从而极大提高电化学性能。虽然人们可以通过化学活化的方法获得高比表面积，然而活化过程涉及大量的酸碱试剂、对设备要求高，容易造成环境污染，而且苛刻的活化会导致材料结构的坍塌。

因此，通过简单、高效、无需活化的方法制备兼具超高表面积和大介孔，并且尺寸均一、大小可控的介孔炭纳米球仍是该研究领域面临的重大挑战之一。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供了一种超高比表面积介孔炭纳米球及其制备方法与应用，所述的介孔炭纳米球制备工艺简单，且具有高比表面积，高孔容，大的介孔尺寸，并且球径均一，大小可控。

为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种超高比表面积介孔炭纳米球，所述超高比表面积介孔炭纳米球为介孔炭纳米球前驱体高温炭化制得，所述介孔炭纳米球前驱体为苯胺、吡咯和嵌段共聚物通过共聚诱导自组装法制得。

优选地，所述超高比表面积介孔炭纳米球具有介孔/微孔壳层结构，所述介孔炭纳米球的直径为200～800nm，介孔大小为6～20nm。

优选地，所述超高比表面积介孔炭纳米球的比表面积为372～2520m²/g(进一步优选为1629～2520m²/g)，总孔容为0.24～1.43cm³/g(进一步优选为0.98～1.43m³/g)。

进一步优选地，所述超高比表面积介孔炭纳米球的微孔孔容为0.14～0.63cm³/g，外部孔孔容为0.06～0.95cm³/g。

优选地，所述的嵌段共聚物包括但不限于两亲性嵌段聚合物。

进一步优选地，所述的嵌段共聚物包括但不限于聚环氧乙烷-b-聚苯乙烯(PEO-b-PS)。