[發(fā)明專利]一種富含微孔的空心碳球及其制備方法和應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810224518.1
• 申請(qǐng)日: 2018-03-19
• 公開（公告）號(hào): CN108314004A
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉喬;楊為佑
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 寧波工程學(xué)院
• 主分類號(hào): C01B32/15
• 分類號(hào): C01B32/15;C01B32/10;B82Y30/00;B82Y40/00;H01G11/24;H01G11/36;H01G11/42
• 代理公司: 寧波市鄞州盛飛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 33243
• 代理人: 洪珊珊

本發(fā)明涉及一種富含微孔的空心碳球及其制備方法和應(yīng)用，屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域。該空心碳球?yàn)橹锌战Y(jié)構(gòu)，碳球直徑為50?1000nm，殼層厚度為50?400nm，比表面積大于300m²g^–1，微孔表面積占總比表面積的百分比大于50％。本發(fā)明富含微孔的空心碳球具有優(yōu)異的雙電層電容特性，放電電流為5A g^–1時(shí)，所述富含微孔的空心碳球的比電容達(dá)170F g^–1以上；放電電流從1增大到20A g^–1，比電容保留率不低于70％；循環(huán)充放電萬次后，比電容衰減不超過5％。本發(fā)明基于模板法，利用第二嵌段作為微孔造孔劑，直接熱解合成富含微孔的分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)，制備過程工藝簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種富含微孔的空心碳球及其制備方法和應(yīng)用，屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

多孔碳材料由于具有高比表面積、較好的化學(xué)穩(wěn)定性和良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱特性，在電催化、儲(chǔ)能器件、吸附等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。尤其是，具有空心結(jié)構(gòu)的碳納米球材料具有較高的面積體積比，良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。如文獻(xiàn)(Angewandte Chemie International Edition.2013； 52(23):6088-91；NatCommun.2015；6:7221)，中國專利申請(qǐng)文件 (公開號(hào)：CN107032321A)、(公開號(hào)CN：106145083 A)以及中國專利(CN103896248B)均公開了空心碳球材料的制備方法及應(yīng)用。現(xiàn)有技術(shù)中空心碳球的制備方法有溶劑熱、化學(xué)氣相沉積、模板法等，大多存在粒徑分布不均勻、分散性不好、催化劑難以完全去除、微觀結(jié)構(gòu)可控性差等不足。中國專利申請(qǐng)文件(公開號(hào)：CN 104609387 A)公開的模板法對(duì)于制備粒徑均勻、結(jié)構(gòu)可準(zhǔn)確控制的空心球材料具有極大的優(yōu)勢(shì)。然而問題在于，如何設(shè)計(jì)和制備具有有效分級(jí)結(jié)構(gòu)的空心碳結(jié)構(gòu)。一般分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)中，大孔、微孔和介孔按照一定比例分布，早期文獻(xiàn)研究主要集中在如何控制及提高介孔比表面積上(比如Angewandte Chemie International Edition 2010,49(9),1615-1618)，近期越來越多研究表明，微孔結(jié)構(gòu)能夠賦予碳材料更優(yōu)的比電容、倍率性及循環(huán)壽命(比如ACS Nano 2014,8(3),2495-2503)，然而微孔結(jié)構(gòu)侵潤性差的問題嚴(yán)重限制了微孔比表面積的利用率(比如Science.2006, 313(5794),1760-1763)。因此，設(shè)計(jì)制備含有大量可利用的微孔表面的分級(jí)結(jié)構(gòu)，可望顯著提高材料的電化學(xué)儲(chǔ)能特性。

現(xiàn)有技術(shù)的不足主要體現(xiàn)在：1)所得空心碳球容易團(tuán)聚，分級(jí)結(jié)構(gòu)主要為介孔和大孔，材料微孔含量低；2)微孔造孔方法主要依賴氫氧化鉀等堿性物質(zhì)對(duì)其進(jìn)行的二次高溫活化，對(duì)實(shí)際應(yīng)用和環(huán)境發(fā)展產(chǎn)生不利影響。因此，為了提高超級(jí)電容器用碳材料的高比表面積利用率，需要對(duì)以空心碳結(jié)構(gòu)為基元的分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)及微孔造孔方法進(jìn)行探索。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提供一種具有比電容高、倍率性好、循環(huán)壽命長的富含微孔的空心碳球。

本發(fā)明的目的可通過下列技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種富含微孔的空心碳球，所述的空心碳球?yàn)橹锌战Y(jié)構(gòu)，碳球直徑為50-1000nm，殼層厚度為50-400nm，比表面積大于300m²g^–1，微孔表面積占總比表面積的百分比大于50％。

本發(fā)明富含微孔的空心碳球具有優(yōu)異的雙電層電容特性，放電電流為5A g^–1時(shí)，所述富含微孔的空心碳球的比電容達(dá)170F g^–1以上；放電電流從1增大到20A g^–1，比電容保留率不低于70％；循環(huán)充放電萬次后，比電容衰減不超過5％。

本發(fā)明還提供一種上述富含微孔的空心碳球的制備方法，所述的制備方法包括如下步驟：