[發明專利]一種納米網絡結構炭材料及其免活化制備方法和應用

在審

• 申請號: 201910526084.5
• 申請日: 2019-06-18
• 公開（公告）號: CN110304618A
• 公開（公告）日: 2019-10-08
• 發明（設計）人: 梁業如;張偉財;許林賀;曹巧英;劉應亮;肖勇;鄭明濤;胡航;董漢武
• 申請（專利權）人: 華南農業大學
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;H01M4/133;H01M4/583;B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;B01D53/02
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所 44329
• 代理人: 張燕玲

本發明屬于材料技術領域，公開了一種納米網絡結構炭材料及其免活化制備方法和應用。該方法是將天然或者合成含硅有機物作為碳源，以含氟聚合物作為模板去除劑，提出利用含氟聚合物在炭化過程中原位產生氫氟酸分子去除有機聚合物或生物質中SiO₂等無機模板組分的新策略，免除繁瑣的后期純化或者進一步活化過程，簡化制備納米網絡結構炭材料的工藝路線，同時避免了使用高毒的氫氟酸試劑或者強腐蝕性的強堿溶液做模板腐蝕劑，對環境和人體友好。通過調節有機聚合物或生物質固有模板的理化性質、炭化條件和含氟聚合物種類及其添加量等工藝參數，調控納米網絡結構碳材料的孔結構和炭納米網絡結構。

技術領域

本發明屬于材料技術領域，具體涉及一種納米網絡結構炭材料及其免活化制備方法和應用。

背景技術

材料是現代社會發展的三大支柱之一。納米炭材料是當今材料中最富有活力的研究對象之一，它具有孔隙率豐富、導電率高、物理化學穩定性優異和孔結構可調等優點，在能源儲存、吸附分離、催化、石油化工和醫療衛生等領域有著廣泛且重要的應用，備受各國政府和學者的關注，一直是材料學科的研究熱點。

近年來，具有層次多孔結構的納米網絡結構炭材料在許多領域引起了人們的興趣。與傳統的孔結構單一的多孔碳相比，納米網絡結構炭材料具有良好的孔間連通性，能夠表現出明顯的層次孔(即微孔、中孔和大孔)協同作用，從而改善材料性能，特別是能提高在許多儲能、吸附系統中的速率能力。

然而，這些納米網絡結構炭材料中的大多數是通過模板法制備的，這需要嚴格的化學反應來預合成特定的模板，例如硬模板法需要繁瑣的合成步驟，而軟模板方法則需要嚴格的微相分離程序。特別是在去除硬模板時通常需要進行苛刻的后處理，例如有害的氫氟酸或腐蝕性的氫氧化鈉蝕刻，這不僅對環境和人體危害較大，還可能會阻礙所獲得的納米網絡結構炭材料的進一步使用。在此背景下，開發一種簡便易行的方法來制備納米網絡結構炭材料，以提高這類材料在能源存儲和吸附領域的性能，具有重要的現實意義。

發明內容

為了克服現有技術中存在的缺點與不足，本發明的首要目的在于提供一種納米網絡結構基多孔炭材料的免活化制備方法；該方法借助含氟聚合物在高溫下產生氫氟酸分子的特點，原位將有機聚合物或生物質中的SiO₂等無機模板組分在炭化過程中一步去除，從而發展出一種免活化、免后處理的簡易制備納米網絡結構炭的方法。

本發明的又一目的在于提供一種上述制備方法制備得到的納米網絡結構基多孔炭材料。

本發明的再一目的在于提供一種上述納米網絡結構基多孔炭材料的應用。

本發明目的通過以下技術方案實現：

一種納米網絡結構炭材料的免活化制備方法，包括以下操作步驟：

(1)將含硅有機物干燥后打碎成含硅有機物粉末；

(2)將含硅有機物粉末與含氟聚合物粉末充分混合，得到混合粉末；

(3)在氣體氣氛下，對步驟(2)所得的混合粉末進行炭化，得到納米網絡結構炭材料。

步驟(1)中所述含硅有機物為含硅天然生物質和含硅聚合物中的一種以上；所述含硅天然生物質為粽子葉、小麥皮、椰子殼、甘蔗皮和堅果殼中的一種以上；所述含硅聚合物為甲基苯基硅樹脂、甲基硅樹脂、低苯基甲基硅樹脂和聚硅氧烷樹脂中的一種以上。

步驟(2)中所述含氟聚合物為聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚三氟乙烯、聚三氟氯乙烯、氟化乙丙烯、聚氟乙烯、含氟丙烯酸酯的共聚物、四氟乙烯/六氟丙烯共聚物中的一種或一種以上。

步驟(2)中所述含氟聚合物粉末的質量是含硅有機物粉末中SiO₂質量的5～30倍。