[發明專利]一種宏量制備有序介孔高分子、碳材料和復合材料的方法

有效

• 申請號: 200810034893.6
• 申請日: 2008-03-20
• 公開（公告）號: CN101244818A
• 公開（公告）日: 2008-08-20
• 發明（設計）人: 薛春峰;屠波;趙東元
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;C01B31/08
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 陸飛;盛志范

1.一種宏量制備介孔高分子、碳材料和復合材料的方法，其特征在于具體步驟如下：

(1)先將非離子表面活性劑加入溶劑中，攪拌5-240分鐘形成溶液，再與高分子前驅體混合，攪拌5-360分鐘后得到表面活性劑和高分子前驅體的反應溶膠；

(2)將反應溶膠附著于海綿骨架支體上；使溶劑揮發；然后進行熱聚處理，得到高分子材料，去除表面活性劑后制得有序介孔高分子材料；碳化后制得有序介孔碳材料；

或者在步驟(1)的反應溶膠中加入酸的水溶液并攪拌5-240分鐘，再加入無機添加劑，攪拌5-300分鐘后得到復合溶膠；將復合溶膠涂敷于海綿骨架支體上，使溶劑揮發完全，然后進行熱聚處理，得到復合高分子材料；除去表面活性劑后制得有序介孔高分子-無機復合材料；碳化后制得有序介孔碳-無機復合材料；再用酸或者堿液除去無機成分后，得到高比表面的介孔碳材料；其中：

反應溶膠中，表面活性劑、高分子前驅體與溶劑的摩爾比為：1∶(0.01-10000)∶(3-70000)；復合溶膠中，表面活性劑、酸、水、高分子前驅體、無機添加劑與溶劑的摩爾比為：(0.25-10)∶(1-100)∶(30-25000)∶(0.01-1300)∶(0.001-3000)∶(1-280000)；

所述的非離子表面活性劑為聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物，或者是反相的聚氧丙烯-聚氧乙烯-聚氧丙烯三嵌段共聚物，或者是兩嵌段共聚物；

所述的高分子前驅體是分子量為200～5000的聚酰亞胺、聚丙烯酰胺、聚乙烯基吡啶、聚丙烯腈中的一種或幾種，或者是由苯酚、糠醇、間苯二酚、對苯二酚、鄰苯二酚中的一種或幾種與甲醛形成的酚醛類高分子前驅體或糠醛類高分子前驅體；

所述的無機添加劑是四氯化硅、四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、四丙氧基硅烷或四丁氧基硅烷，或者是四氯化鈦、鈦酸四正丁酯、鈦酸異丙酯、異丙醇鋁、氯化鋁、硝酸鋁、檸檬酸鐵或氯化鐵。

2.根據權利要求1所述的宏量制備介孔高分子、碳材料和復合材料的方法，其特征在于所述溶劑為水，或者為甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇、異丙醇、四氫呋喃、乙醚、乙腈、苯、甲苯、氯仿之中的一種或者幾種。

3.根據權利要求1所述的宏量制備介孔高分子、碳材料和復合材料的方法，其特征在于所采用的酸為鹽酸、硫酸、硝酸、磷酸、醋酸、甲酸、丙酸或苯甲酸，或者其中種的混合物。

4.根據權利要求1所述的宏量制備介孔高分子、碳材料和復合材料的方法，其特征在于所用骨架支體為聚醚型聚氨酯海綿，聚酯型聚氨酯海綿之一中，或者它們的混合物；骨架支體與反應溶膠的體積比為：(1-1000)。

5.根據權利要求1所述的宏量制備介孔高分子、碳材料和復合材料的方法，其特征在于所述溶膠是在10-50℃條件下配置的；所述揮發溶劑的方法是在10-50℃空氣中放置揮發，或者在真空、強制通風、鼓風、惰性氣體保護、濕度恒定中一個或多個條件下揮發，揮發時間為0.1-240小時。

6.根據權利要求1所述的宏量制備介孔高分子、碳材料和復合材料的方法，其特征在于所述熱聚處理溫度為50-180℃，熱聚時間為0.1-240小時；熱聚在空氣或者真空中進行，或者在氮氣、氬氣或者由它們組成的混合氣體的氣氛中進行。

7.根據權利要求1所述的宏量制備介孔高分子、碳材料和復合材料的方法，其特征在于所述焙燒在氮氣、氬氣之一或者它們混合氣體中進行，或者在真空中進行；焙燒溫度為180-2000℃，焙燒時間為0.1-240小時；升溫速率為0.1-40℃/分鐘；在180-600℃焙燒后制得介孔高分子或者介孔高分子-無機物復合材料，在601-2000℃焙燒后制得介孔碳或者介孔碳-無機物復合材料。

8.根據權利要求1所述的宏量制備介孔高分子、碳材料和復合材料的方法，其特征在于用0.5-6M氫氧化鈉水溶液或氫氧化鉀水溶液去除復合材料中的無機成分，或者用質量百分比為8-80％的氯化氫、氟化氫、硫酸或硝酸的水溶液去除復合材料中的無機成分，得到有序的介孔高分子、碳材料，反應時間為0.2-24小時。