[發明專利]制備多孔碳材料的方法及用該方法制備的多孔碳材料

有效

• 申請號: 201210361711.2
• 申請日: 2012-09-25
• 公開（公告）號: CN102897746A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 賁騰;裘式綸;李艷強
• 申請（專利權）人: 珠海市吉林大學無機合成與制備化學重點實驗室
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02
• 代理公司: 珠海智專專利商標代理有限公司 44262
• 代理人: 紀紹梅

技術領域

本發明涉及一種制備多孔碳材料的方法及用該方法制備的多孔碳材料，特別是一種利用有機多孔骨架材料聚四苯甲烷（PAF-1）為原料制備多孔碳材料的方法及用該方法制備的多孔碳材料。

背景技術

因具有豐富的孔道結構和較高的比表面積，多孔碳材料在日常生活和工業生產中有著廣泛的應用，比如：有害氣體吸收、污染物的吸附、氣體的貯藏和分離等。從近十五年尤其是最近五年的部分文獻報道情況看，多孔碳材料在催化領域的應用研究進度越來越快，所涉及的領域也越來越廣。另外，由于多孔碳材料具有大比表面積，其作為后備電源及記憶候補裝置的超級電容器的電極材料的研究也更加深入。

已知的多孔碳材料有活性炭（AC）、活性炭纖維（ACF）、碳分子篩（CMS）以及九十年代新發展起來的碳納米管（CNTs）和最近的石墨烯等。

微孔多孔碳材料是通過活化過程合成得到的，其中，無序的介孔多孔碳材料有多種合成方法，包括金屬催化活化，有機氣凝膠的碳化，使用硅納米粒子的模板合成等；有序的多孔碳材料是利用分子篩作為模板劑得到的，比如：具有可調變的孔道結構的有序介孔多孔碳材料主要通過介孔硅材料MCM-48、?HMS、?SBA-15、MCF、MSU-X做為模板劑合成得到；具有石墨結構的有序介孔碳材料可以通過高溫下將柔性結構的碳源轉化成具有高度有序結構的石墨材料；有序的片層結構多孔碳材料也可以通過定向設計合成的硅材料為模板得到。但上述方法都屬于物理活化的方法，其制備過程繁瑣，制備周期長，且模板劑不能重復利用，成本較高。

另一制備多孔碳材料的方法為化學活化法，其相較于物理活化的方法具有以下優點：（1）所需溫度較物理活化低；（2）通常只需一步活化，操作簡單不繁瑣；（3）所得多孔碳的產率相對較高；（4）得到的多孔碳具有較大的比表面和窄的微孔；（5）活化劑價格低廉，種類多樣。化學活化法廣為使用的一類活化劑為氫氧化物，如：KOH、NaOH、CsOH等。

發明內容

本發明目的之一在于提供一種制備多孔碳材料的新方法。

為實現上述目的，本發明提供的技術方案為：制備多孔碳材料的方法，其特征在于：?包括如下步驟：

步驟一：提供多孔有機骨架材料聚四苯甲烷；

步驟二：將聚四苯甲烷與選自KOH、NaOH或CsOH的氫氧化物混合，其中聚四苯甲烷和氫氧化物的質量比為1:2—1:7；

步驟三：將步驟二獲得的混合物從室溫緩慢程序升溫到活化溫度，活化溫度至少為400℃；

步驟四：在氮氣保護下，將混合物的溫度控制在活化溫度，活化至少30?分鐘后，得多孔碳材料；

步驟五：將步驟四獲得的多孔碳材料冷卻、去除無機物雜質后，水洗至中性。

優選的方案之一為：在步驟二中，先將聚四苯甲烷與氫氧化物在有機溶劑中攪拌、混合均勻，然后再蒸除有機溶劑，將混合物干燥，其中有機溶劑選自乙醇、甲醇、N-N二甲基甲酰胺、二甲基亞砜等，優先選擇既能溶解氫氧化物又易于蒸除的低沸點溶劑，如乙醇，甲醇。攪拌時間越長，混合越均勻，優選的攪動時間至少為10小時。

優選的方案之一為：聚四苯甲烷的比表面積至少為3500?平方米/克。??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

優選的方案之一為：步驟三中，在將步驟二獲得的混合物從室溫緩慢程序升溫到活化溫度時的升溫速度為1-3℃/分鐘。

優選的方案之一為：步驟三中，在將步驟二獲得的混合物從室溫緩慢程序升溫到活化溫度前，先將擬對混合物加熱的環境抽真空，然后再用氮氣置換至少兩次。

優選的方案之一為：步驟五中的冷卻是在氮氣保護下進行。

本發明利用含碳量高且具有超高比表面積的多孔有機骨架化合物聚四苯甲烷作為碳前軀物，在氮氣保護下程序升溫，并在恰當溫度下，利用氫氧化物如KOH，NaOH，CsOH等作為活化劑，制得多孔碳材料。不但工藝簡單，而且制得的多孔碳材料具有高比表面積及高熱穩定性，孔徑分布均一，可應用于氣體儲存及分離，鋰離子電池，超級電容器等方面。

本發明要解決的另一技術問題是提供一種新型多孔碳材料。

為解決上述技術問題，本發明提供的技術方案為：多孔碳材料，是根據權利要求1至5任一項的方法所制備。

優選的方案之一為：多孔碳材料的BET比表面積為500-4000?平方米/克。

優選的方案之一為：多孔碳材料具有長程有序結構。