[發明專利]一種復合有序孔結構的多孔碳及其制備方法

在審

• 申請號: 201811200425.1
• 申請日: 2018-10-16
• 公開（公告）號: CN109292749A
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 李莉香;安百鋼;趙宏偉;張硯秋
• 申請（專利權）人: 遼寧科技大學
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務所 21224
• 代理人: 張群

1.一種復合有序孔結構的多孔碳，其特征在于，所述多孔碳具有由兩類孔復合而成的有序孔結構；其中一類孔來源于模板有序孔的復制，通過在孔壁表面沉積碳層而形成；另一類孔來源于模板的非孔道部分即孔壁，通過在孔壁上沉積碳層后再利用刻蝕技術去除孔壁而構筑新的孔道，該孔道的形狀與模板孔壁結構一致且在結構空間內有序分布，其孔徑大小為孔壁厚度；兩類孔在空間內有序分布，形成有序介孔復合孔結構或有序微孔與有序介孔的復合孔結構。

2.根據權利要求1所述的一種復合有序孔結構的多孔碳，其特征在于，所述第一類孔的孔徑在8.0nm～12.0nm范圍內變化。

3.根據權利要求1所述的一種復合有序孔結構的多孔碳，其特征在于，所述第二類孔的孔徑為1.2nm～5.0nm。

4.如權利要求1所述的一種復合有序孔結構的多孔碳的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)稱取質量比為1:(1～5):(2～5)的硅氧烷、2-丙醇和濃度為5mol·L^-1的鹽酸，依次倒入燒瓶中，超聲混合均勻后轉移到水浴中，加熱到70～80℃，恒溫0.5～3小時，配置成模板活化劑；

2)向步驟1)制備得到的模板活化劑中加入無機多孔硅基材料，無機多孔硅基材料與模板活化劑的質量百分比為0.5％～10％；在70～80℃恒溫1～5小時，洗滌至濾液中性，抽濾，60℃下真空干燥后，得到活化的多孔模板；

3)將步驟2)制備得到的活化模板放入化學氣相沉積爐中，在惰性氣氛下，升溫至600～800℃，然后在該溫度下通入氣相含碳前驅體，化學氣相沉積時間控制在0.5～10小時，在活化模板孔壁上沉積一層碳層，之后在惰性氣氛下冷卻至室溫，得到黑色固體粉末；

4)將步驟3)制備得到的黑色固體粉末在惰性氣氛下加熱至900～1200℃，然后恒溫1～5小時，之后在惰性氣氛下冷卻至室溫，以穩定孔壁上沉積的碳層；

5)將經步驟4)處理后的黑色固體粉末用5～10wt％的氫氟酸浸泡2～24小時，或者用2～6M的NaOH浸泡10～36小時，溶解去除模板，然后過濾清洗到濾液至中性，將過濾所得物在60℃下真空干燥，制得具有復合有序孔結構的多孔碳。

5.如權利要求4所述的一種復合有序孔結構的多孔碳的制備方法，其特征在于，所述硅氧烷為六甲基二硅氧烷或環甲基硅氧烷。

6.如權利要求4所述的一種復合有序孔結構的多孔碳的制備方法，其特征在于，所述無機多孔硅基材料是指二氧化硅或氧化硅與氧化鋁、氧化鈉配位后形成的具有一類有序孔結構與分布的硅基模板，包括SBA-15分子篩、MCM41分子篩、MCM-48分子篩或ZSM-5分子篩。

7.如權利要求4所述的一種復合有序孔結構的多孔碳的制備方法，其特征在于，所述氣相含碳前驅體為含碳元素氣體，包括乙炔、甲烷、乙烯、丙烯中的一種或兩種以上混合氣體。

8.如權利要求4所述的一種復合有序孔結構的多孔碳的制備方法，其特征在于，所述惰性氣體為氮氣、氬氣、氦氣中的一種或兩種以上混合氣體。

9.如權利要求4所述的一種復合有序孔結構的多孔碳的制備方法，其特征在于，所述氣相碳前驅體與惰性氣體的體積流量之比控制在1:5～40。