[發明專利]一種核殼結構的磁性空心多孔碳球及其制備方法

有效

• 申請號: 201310017328.X
• 申請日: 2013-01-17
• 公開（公告）號: CN103041758A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 汪長春;游力軍
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: B01J13/02
• 分類號: B01J13/02;H01F1/34
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于復合材料技術領域，具體涉及一種核殼結構的磁性空心多孔碳球及其制備方法。

背景技術

多孔炭材料由于其高孔隙率、高比表面積、良好的導電性和化學穩定性在催化、吸附分離、離子交換及電化學儲能領域有重要的應用價值而受到廣泛關注?(Jinwoo?Lee,?Jaeyun?Kim,?Taeghwan?Hyeon.?Adv.?Mater.?2006)。空心碳球具有優良的化學穩定性?及熱穩定性,?并且質量輕,?抗壓性能好,?因此被廣泛的應用于電極材料、儲能儲氫材料、吸附材料、潤滑劑及催化劑載體等領域?(Inagaki?M，Synthetic?Metals?.?2002)。

目前多空碳的制備主要可分為化學活化工藝和模板法兩種策略。化學活化工藝簡單，可以廣泛使用，但制得的材料孔徑不均一且孔與孔之間不連續。而孔徑均勻抑或多孔徑分布的碳材料目前多都使用模板法制備?(Jang?J?,?Lim?B.?Adv.?Mater.?,?2002)。選擇不同的模板可合成結構不同的化合物，用模板法制備碳球，碳球的結構和大小都易于控制，故可大量制備結構和大小均勻的碳球。然而目前存在的問題是模板法步驟冗煩，基體與模板劑結合和模板劑的除去等步驟耗時長。其中模板劑的去除還學要大量的溶劑、酸或堿如氫氟酸、氫氧化鈉等。因此，開發出一中簡單快捷的方法制備多孔碳具有十分重要的意義。而本發明旨在提出一種核殼結構的磁性空心多孔碳球及制備該碳球的簡單快捷方法。

發明內容

本發明的目的在于提出一種核殼結構的磁性空心多孔碳球及其制備方法。

本發明針對背景技術中所存在的問題，提出了一種新的方法即微波水熱法，簡便地制備了以四氧化三鐵磁性納米簇為核，多孔碳為殼的核殼式磁性碳球。具體步驟如下：?

1、首先以四氧化三鐵磁性納米簇和苯乙烯為原料，通過乳液聚合制得Fe₃O₄PS復合微球；

2、以Fe₃O₄PS復合微球為種子，在氨水的催化作用下，將酚醛樹脂包覆到Fe₃O₄PS復合微球表面，制備得到以四氧化三鐵納米粒子為核，苯乙烯和酚醛樹脂為殼層的Fe₃O₄PSPF核殼式磁性復合微球；

3、?Fe₃O₄PSPF核殼式磁性復合微球在一定溫度下碳化，即得到具有核殼結構的磁性空心多孔碳球。

本發明上述步驟的具體操作如下：

步驟1．將10-200?mg?Fe₃O₄納米簇分散在去離子水中，然后加入1-20?mL苯乙烯和10-200mg過硫酸鉀，在氮氣中無皂乳液聚合2-6小時，得到Fe₃O₄PS復合微球。

步驟2．將步驟1中得到的Fe₃O₄PS復合微球分散在去離子水中，加入0.1-2?mL甲醛、20-500?mg苯酚和0.15?mL氨水并轉移到微波管中，在微波輻射下反應。微波反應溫度120℃-200℃，反應時間35-45?min（優選40?min），將微波管冷卻至室溫取出。用磁分離分離出產物，并用去離子水和無水乙醇洗滌反應物，用真空烘箱烘干。烘干溫度可為45-55℃，時間3.5-4.5小時。優選烘干溫度為50℃，時間4小時。

步驟3．將步驟2中得到的Fe₃O₄PSPF復合微球放在瓷舟中在氮氣中630-660℃（優選650℃）下碳化，即得具有核殼結構的磁性空心多孔碳球。?

本發明中，所述的聚苯乙烯模板殼層是用無皂乳液聚合的方法包覆上的。

本發明中，所述的方法為微波水熱法。

本發明中，所述的微波反應時間只需要40分鐘。

本發明中，所述的碳化溫度為630℃-660℃。

本發明制備的磁性復合微球核為磁性四氧化三鐵納米簇，殼層為多孔碳。

本發明中制備得到的磁性空心碳球具有結構規整、粒徑分布均一、殼層厚度可控、孔徑分布窄等特點。這種核殼結構的磁性空心多孔碳球具有比表面大，多孔且孔徑分布窄的特點，可具有應用于超級電容器、蛋白質分離、水中有機污染物的去除等領域。

附圖說明

圖1為本發明核殼結構的磁性空心多孔碳球的透射電鏡圖。

圖2為本發明的磁性空心多孔碳球性狀圖示，其中，(a)為BET，(b)為孔徑分布。