[發明專利]一種具有多級孔結構的碳空心球材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201310489823.0
• 申請日: 2013-10-18
• 公開（公告）號: CN103613085A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 董全峰;臧俊;鄭明森;曾爾曼;莊佩貞
• 申請（專利權）人: 廈門大學;廈門產業技術研究院
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02
• 代理公司: 廈門市新華專利商標代理有限公司 35203
• 代理人: 廖吉保

技術領域

本發明涉及一種碳空心球材料及其制備方法，尤其是指一種具有多級孔結構的碳空心球材料及其制備方法。

背景技術

多孔碳空心材料具有高孔隙率、高比表面積、良好的導電性和化學穩定性等特性，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。而碳空心球材料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。

現有技術公開的碳空心球材料，其在空心球的碳殼形成有微孔，所述微孔的數量很多，且孔的孔徑為4nm以下。由于微孔的孔徑非常小，使得電解液或其它物質很難進入碳空心球材料的內腔壁中，因此，碳空心球材料的內腔無法使用。如對于鋰離子電池，電解液很難進入碳空心球材料的內腔，使得其放電倍率較低；作為催化劑載體，催化劑無法進入碳空心球材料的內腔，催化劑的活性較弱。

發明內容

本發明的目的在于提供一種內腔可以充分利用的具有多級孔結構的碳空心球材料及其制備方法。

為達成上述目的，本發明的解決方案為：

一種具有多級孔結構的碳空心球材料，由碳殼和由碳殼圍成的空心內腔組成，在碳殼上形成復數個大孔。

進一步，所述大孔的孔徑大于等于20nm。

進一步，所述內腔的體積占總體積的10-90%。

進一步，所述碳殼的含碳量大于等于80%。

進一步，所述大孔為直孔。

進一步，所述大孔的幾何總面積為碳空心球材料幾何表面積的10-90%。

一種具有多級孔結構的碳空心球材料制備方法，包括以下步驟：

一，使用溶膠凝膠法將碳前驅體包覆在模板表面，同時加入造孔劑，溶解分散于水中；

二，將步驟一形成的混合液放入烘箱中凝膠得到前驅體；

三，將步驟二獲得的前驅體進行高溫燒結，得到具有多級孔結構的碳空心球材料。

進一步，步驟一中所述模板為有機模板聚苯乙烯（PS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），或者為無機模板SiO2、MnO。

進一步，步驟一中所述碳前軀體為酚醛樹脂、環氧樹脂。

進一步，步驟一中所述造孔劑為聚合物造孔劑聚乙二醇（ＰＥＧ）、聚乙烯吡咯烷酮（ＰＶＰ）、聚乙烯醇縮丁醛（ＰＶＢ），或者為有機造孔劑間三甲苯，或者為無機離子造孔劑鐵鹽、鈷鹽、NH₄HCO₃、(NH4)₂C₂O₄。

進一步，步驟三中高溫燒結溫度為500-1500℃。

采用上述方案后，本發明在碳殼上形成復數個大孔（相對于現有技術孔徑為4nm以下的微孔），使得電解液等其它物質可以進入碳空心球材料的內腔，從而充分利用碳空心球材料的內腔。如對于鋰離子電池而言，由于電解液自由進入內腔，擴散半徑下降一半，有利于材料的放電倍率；如作為催化劑載體，由于催化劑進入內腔，提高了催化劑的活性；由于物質進入內腔，該物質也可以作為一些物質的載體而充分利用內腔。

附圖說明

圖1是本發明結構示意圖；

圖2是本發明制備流程圖。

標號說明

碳殼1???????????大孔11

內腔2???????????碳前驅體3

模板4???????????造孔劑5

前驅體6。

具體實施方式

以下結合附圖及具體實施例對本發明作進一步說明。

參閱圖1所示，本發明揭示的一種具有多級孔結構的碳空心球材料，由碳殼1和由碳殼1圍成的空心內腔2組成，在碳殼1上形成復數個大孔11（相對于現有技術孔徑為4nm以下的微孔而言）。大孔11為直孔，孔徑大于等于10nm。所述大孔11的幾何總面積為碳空心球材料幾何表面積的10-90%。同時，所述內腔2的體積占總體積的10-90%。所述碳殼1的含碳量大于等于80%。

參閱圖2所示，所述具有多級孔結構的碳空心球材料制備方法，包括以下步驟：