[發明專利]一種石墨化有序介孔碳材料的制備方法

無效

• 申請號: 201410847479.2
• 申請日: 2014-12-29
• 公開（公告）號: CN104528704A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 王燕剛;王菲;柏霞;李亞光;崔立峰
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根;馬文峰

技術領域

本發明屬于非硅基介孔材料制備的領域，具體涉及了一種石墨化有序介孔碳材料的制備方法。

背景技術??

根據國際純粹和應用化學聯合會（IUPAC）的定義，介孔材料是指孔徑位于2-50nm之間的多孔材料，根據材料組成成分的不同,介孔材料可分為硅基和非硅基介孔材料，其中硅酸鹽和硅鋁酸鹽等都屬于硅基介孔材料；過渡金屬氧化物、磷酸鹽、硫酸鹽、介孔碳等屬于非硅基介孔材料。由于這些介孔材料具有高比表面積及孔體積、孔徑大范圍可調和長程有序的結構等優點，在催化、吸附、分離及光電等方面都存在潛在的應用。由于硅基介孔材料表面存在的活性位點較少，因此，相對于硅基介孔材料，非硅基介孔材料的研究制備受到了廣泛的關注。

石墨化介孔碳材料作為近年來新興的一類非硅基介孔材料，具有大的比表面積、均一的孔徑、顯著的穩定性以及化學惰性、導電性等特性，這些特性賦予了石墨化介孔碳材料在分離、催化、能量儲存以及轉化等方面有著極大的應用前景。

介孔碳材料的常用制備方法有：（1）催化活化法；（2）有機凝膠碳化法；（3）模板法。最常用的模板法是以SBA-15、MCM-48、KIT-6等有序介孔二氧化硅材料為模板，以蔗糖、糠醇等殘碳率較高物質作為碳源，經過碳源的填充過程、碳化過程、模板劑脫除過程來制備與模板劑結構相反的有序介孔碳。其中，碳源填充過程是制備有序介孔碳材料的關鍵步驟，一般采用的填充方式有液相浸漬和化學氣相沉積法，為了達到孔徑內分子的緊密堆積，需反復的進行浸漬和沉積，這不僅浪費材料的制備時間，而且浪費了原材料，造成環境的二次污染。因此，使碳源在有序二氧化硅孔道中有效而緊密的填充對制備高度有序的介孔碳材料具有重要的意義。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述介孔碳材料制備過程中為了達到孔徑內分子的緊密堆積，需反復的進行浸漬和沉積，這不僅浪費材料的制備時間，而且浪費了原材料，造成環境的二次污染等技術問題而提供一種石墨化有序介孔碳材料的制備方法，該制備方法具有操作簡單易行，省時且所制備的介孔碳石墨化程度高，比表面積大，孔徑單一均勻等特點。本發明利用市售的含有少量表面活性劑的介孔硅做模板，提高了植物油在介孔規模板孔徑中的沉積效率，從而減少了沉積次數，把石墨化有序介孔碳的制備時間由原來的60h縮短為現在的36h。

本發明的技術原理

使用含有表面活性劑的介孔有序二氧化硅作模板，簡化了模板制備的步驟；使用含有表面活性劑的介孔有序二氧化硅作模板，植物油作為碳源，依靠表面活性劑的親油性，使植物油有效的進入到有序二氧化硅模板的孔道中，形成緊密堆積，通過煅燒得到的碳和二氧化硅的復合材料在HF水溶液中浸泡以去除含有表面活性劑的介孔有序二氧化硅材料，然后過濾、水洗、干燥，即得到石墨化有序介孔碳材料。

本發明的技術方案

一種石墨化有序介孔碳材料的制備方法，具體包含如下步驟：

（1）、按質量比計算，即植物油：含有表面活性劑的介孔有序二氧化硅材料為1-3：1，將含有表面活性劑的介孔二氧化硅材料與植物油進行混合、研磨0.5-1.5h，得到二氧化硅與植物油的混合物；

所述含有表面活性劑的介孔有序二氧化硅模板為未被高溫煅燒的三維立方結構的MCM-48、二維六方結構的SBA-15、三維立方結構的KIT-6以及面心立方結構的FDU-12中的一種或至少以上的混合物；

所述的植物油為大豆油、玉米油、菜籽油、葵花籽油，花生油中的一種或兩種以上的混合物；

（2）、將步驟（1）中得到的二氧化硅與植物油的混合物置于管式爐中在氮氣氛??圍下，以1-5℃/min的升溫速率升溫至700-1100℃進行煅燒2-6h，得到碳和二氧化硅的復合材料；

（3）、將步驟（2）中得到的碳和二氧化硅復合材料在質量百分比濃度為5-20%的HF水溶液中浸泡12-18h，以去除含有表面活性劑的介孔有序二氧化硅材料，然后過濾、水洗、控制溫度為50-100℃進行干燥，即得石墨化有序介孔碳材料。

上述所得的石墨化有序介孔碳材料的比表面積為500-720m²/g,孔徑為2-6.3nm，孔體積為0.5-2.9cm³/g。其可作為光催化劑的載體以及用在CO₂捕獲等方面進行應用。

本發明的有益效果