[發明專利]一種三維多級孔道碳膜及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201610845576.7
• 申請日: 2016-09-25
• 公開（公告）號: CN106645362A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 王亞軍;易德亮;付叢
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: G01N27/48
• 分類號: G01N27/48;G01N27/30
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司31200
• 代理人: 陸飛,陸尤

技術領域

本發明屬于納米材料技術領域，具體涉及一種三維多級孔道碳膜及其制備方法和應用。

背景技術

介孔碳材料因為具有豐富的介孔孔道，非常高的比表面積，以及良好的導電性，在催化、氣體存儲、電學、生物化學等領域有著廣泛的應用。但是因為介孔孔徑較小，材料內部和外部的物質交換較慢，孔的實際利用率較低。^[3]三維多級孔碳材料同時具有微孔、介孔和大孔三種孔道。^[4,5]大孔可以存儲溶液從而縮短離子的傳輸距離，提高物質的傳輸效率。而介孔和微孔具有較高的比表面積，使材料具有很高的材料負載能力。本專利中使用氧化硅納米線膜作為模板，具體的就是首先參照文獻^[1]的方法合成直徑在100 nm左右，長度在10-20 μm的氧化硅納米線。通過抽濾的方法能使納米線相互纏繞成為具備一定形狀的碳膜。然后在氧化硅納米線膜中充分滲入碳材料前驅體，加熱然后刻蝕掉氧化硅模板，既得所需的具有了相互連通的大孔、介孔和微孔三級三維結構的碳膜。其中具備介孔和微孔的碳膜的制備方法參照文獻^[2]，碳有部分石墨烯化，從而增強了材料的一些電化學性能。該方法制備的三級孔道碳材料，其中大孔能夠方便的根據所需功用進行進一步的修飾，使其具備優秀的功能。而三級孔結構能夠極大地增加材料的比表面積、孔的利用效率，從而增加檢測時探針分子的吸附量，進而提高了相應信號的強度和傳感器的靈敏度。同時該結構能夠使檢測底物迅速地通過，減小了底物擴散速度對檢測結果的影響，提高了傳感器的性能。

參考文獻

1.Yi, D., et al., Synthesis of Discrete Alkyl-Silica Hybrid Nanowires and TheirAssembly into Nanostructured Superhydrophobic Membranes. Angewandte Chemie-International Edition, 2016. 55: p. 8375-8380.

2. Gao, W., et al., Synthesis of Partially Graphitic Ordered MesoporousCarbons with High Surface Areas. Advanced Energy Materials, 2011, 1, p.115–123.5.

3. Liang, C.D., et al., Mesoporous carbon materials: Synthesis and modification. Angewandte Chemie-International Edition, 2008. 47(20): p. 3696-3717.

4.Carriazo, D., et al., Block-Copolymer assisted synthesis of hierarchical carbon monoliths suitable as supercapacitor electrodes. Journal of Materials Chemistry, 2010. 20(4): p. 773-780.

5.Wen, X.R., et al., Three-dimensional hierarchical porous carbon with a bimodal pore arrangement for capacitive deionization. Journal of Materials Chemistry, 2012. 22(45): p. 23835-23844。

發明內容

本發明的目的在于提供一種性能優異、制備方便的三維多級孔道碳膜及其制備方法和應用。

本發明提供的三維多級孔道碳膜的制備方法，使用氧化硅納米線膜為硬模板，在惰性氣體保護下通過高溫煅燒使得酚醛樹脂碳化，然后使用氫氟酸刻蝕掉氧化硅硬模板，即得三維多級孔道碳膜材料。

制備的具體步驟如下：

（1）將氧化硅納米線配制成乙醇溶液，使用抽濾的方法制備成納米線膜；氧化硅納米線的制備方法可參考文獻^[1]；

（2）制備碳膜的前驅體，制備的具體步驟參照文獻^[2]所介紹的方法；