[發(fā)明專利]一種超高比表面積介孔炭納米球及其制備方法和應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2016-12-21
• 公開（公告）號: CN106587009B
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳丁財;唐志偉;符若文;劉紹鴻;鄭冰娜
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號: C01B32/15
• 分類號: C01B32/15
• 代理公司: 廣州市南鋒專利事務(wù)所有限公司 44228
• 代理人: 張小黎

本發(fā)明提供了一種超高比表面積介孔炭納米球及其制備方法和應(yīng)用。其中，所述超高比表面積介孔炭納米球由苯胺、吡咯和嵌段共聚物通過共聚誘導(dǎo)自組裝法制備的介孔炭納米球前驅(qū)體高溫炭化制得。所述超高比表面積介孔炭納米球具有介孔/微孔殼層結(jié)構(gòu)，直徑為200～800nm，介孔大小為6～20nm，比表面積為372～2520m²/g，總孔容為0.24～1.43cm³/g。所述的超高比表面積介孔炭納米球結(jié)合了多孔炭材料與介孔材料的獨特優(yōu)勢，具有較大的比表面積和孔容，良好的導(dǎo)電性和離子傳輸性能，適量的氮摻雜以及骨架壁上的可修飾性，使其在能源、催化、吸附、生物醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米材料領(lǐng)域，尤其涉及一種超高比表面積介孔炭納米球及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

介孔炭納米球是一類具有介孔尺寸孔洞的炭納米球，作為一種重要的多孔炭材料，由于具有比表面積高、吸附能力強，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，骨架電導(dǎo)性好、離子傳輸快、孔結(jié)構(gòu)及表面化學(xué)性質(zhì)可調(diào)等優(yōu)點，在能源、吸附、催化、分離和環(huán)境以及生物醫(yī)藥等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用潛力。

目前，制備介孔炭納米球的主要方法為模板法，包括硬模板法和軟模板法。通常用到的硬模板劑主要為二氧化硅，軟模板劑主要為嵌段共聚物如聚氧乙烯-b-聚氧丙烯、聚環(huán)氧乙烷-b-聚苯乙烯等。相對于硬模板法，軟模板法具有合成步驟少、操作簡單、低成本等優(yōu)點。更重要的是，硬模板法涉及繁瑣的模板刻蝕和洗滌步驟，需要用到大量的溶劑，不利于環(huán)保，而軟模板法只需簡單的升溫炭化即可移除模板，得到介孔炭納米球。然而，到目前為止，所有通過軟模板法制備的介孔炭納米球都存在比表面積較低(一般小于1200m²/g)，介孔偏小(小于10nm)等缺點，我們知道，在一些應(yīng)用領(lǐng)域如作為超級電容器電極材料，鋰離子電池材料，高比表面積、大的介孔能夠提高材料電導(dǎo)率、縮短離子傳輸距離，從而極大提高電化學(xué)性能。雖然人們可以通過化學(xué)活化的方法獲得高比表面積，然而活化過程涉及大量的酸堿試劑、對設(shè)備要求高，容易造成環(huán)境污染，而且苛刻的活化會導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)的坍塌。

因此，通過簡單、高效、無需活化的方法制備兼具超高表面積和大介孔，并且尺寸均一、大小可控的介孔炭納米球仍是該研究領(lǐng)域面臨的重大挑戰(zhàn)之一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供了一種超高比表面積介孔炭納米球及其制備方法與應(yīng)用，所述的介孔炭納米球制備工藝簡單，且具有高比表面積，高孔容，大的介孔尺寸，并且球徑均一，大小可控。

為實現(xiàn)上述目的，本申請?zhí)峁┤缦录夹g(shù)方案：

第一方面，本發(fā)明提供了一種超高比表面積介孔炭納米球，所述超高比表面積介孔炭納米球為介孔炭納米球前驅(qū)體高溫炭化制得，所述介孔炭納米球前驅(qū)體為苯胺、吡咯和嵌段共聚物通過共聚誘導(dǎo)自組裝法制得。

優(yōu)選地，所述超高比表面積介孔炭納米球具有介孔/微孔殼層結(jié)構(gòu)，所述介孔炭納米球的直徑為200～800nm，介孔大小為6～20nm。

優(yōu)選地，所述超高比表面積介孔炭納米球的比表面積為372～2520m²/g(進一步優(yōu)選為1629～2520m²/g)，總孔容為0.24～1.43cm³/g(進一步優(yōu)選為0.98～1.43m³/g)。

進一步優(yōu)選地，所述超高比表面積介孔炭納米球的微孔孔容為0.14～0.63cm³/g，外部孔孔容為0.06～0.95cm³/g。

優(yōu)選地，所述的嵌段共聚物包括但不限于兩親性嵌段聚合物。

進一步優(yōu)選地，所述的嵌段共聚物包括但不限于聚環(huán)氧乙烷-b-聚苯乙烯(PEO-b-PS)。