[發(fā)明專(zhuān)利]一種尺寸可控的碳籠材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010567148.9
• 申請(qǐng)日: 2020-06-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113823773B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邱雄鷹;孔德斌;智林杰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 國(guó)家納米科學(xué)中心
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/36
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;C01B32/05;C01B32/15
• 代理公司: 北京品源專(zhuān)利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發(fā)明提供了一種尺寸可控的碳籠材料及其制備方法和應(yīng)用，所述碳籠材料的制備方法包括如下步驟：(1)將電化學(xué)膨脹活性材料在電解液的作用下通過(guò)電化學(xué)法進(jìn)行膨脹，得到膨脹內(nèi)核；(2)采用前驅(qū)體材料對(duì)步驟(1)得到的膨脹內(nèi)核的表面進(jìn)行包覆，得到包覆物；(3)將步驟(2)得到的包覆物進(jìn)行碳化，得到所述尺寸可控的碳籠材料；通過(guò)選用合適的電化學(xué)膨脹活性材料、可控的電化學(xué)法以及合適的工藝參數(shù)使得膨脹內(nèi)核的尺寸精確可控，從而實(shí)現(xiàn)不同尺寸可控的碳籠結(jié)構(gòu)，制備過(guò)程簡(jiǎn)單、靈活，只需涉及一個(gè)可控電化學(xué)體系進(jìn)行控制多個(gè)碳籠材料的尺寸，無(wú)需使用多個(gè)模板或基體進(jìn)行控制，具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料領(lǐng)域，涉及一種尺寸可控的碳籠材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

碳籠作為一類(lèi)高比表面、高導(dǎo)電、高導(dǎo)熱、高穩(wěn)定的具有特定孔道尺寸納米材料，受到學(xué)術(shù)科研和經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)的廣泛研究，具有重要的前瞻性應(yīng)用價(jià)值。碳籠材作為碳材料的一種，廣泛的應(yīng)用于催化、儲(chǔ)能、過(guò)濾、熱交換、氣體或液體吸附、電磁屏蔽、雷達(dá)隱身等新興領(lǐng)域。

碳籠尺寸可控制備技術(shù)作為碳籠應(yīng)用構(gòu)筑方面的一種基礎(chǔ)技術(shù)，受當(dāng)前大量領(lǐng)域的應(yīng)用需求，迫切需要開(kāi)發(fā)一種簡(jiǎn)單、快速以及可控性好的碳籠制備技術(shù)。從而實(shí)現(xiàn)碳籠材料的孔結(jié)構(gòu)和尺寸由原先的無(wú)序化和單一化化逐級(jí)發(fā)展到現(xiàn)在的有序化和尺寸可控性。尺寸可控制備碳籠技術(shù)極大的提高了碳籠制備的可控性和實(shí)用性，一定程度上能夠快速的推動(dòng)碳籠材料在相關(guān)領(lǐng)域的快速應(yīng)用。

碳籠制備技術(shù)通常采用兩種方法，第一種：采用發(fā)泡劑的方法(CN108622893A)，首先將高分子或可聚合單體與發(fā)泡劑混合，低溫發(fā)泡形成具有多孔結(jié)構(gòu)的高分子材料，然后再經(jīng)過(guò)高溫退火、碳化、石墨化等途徑制備多孔碳籠，該方法制備的碳籠孔尺寸大小不一致，同時(shí)在高溫制備過(guò)程容易造成孔的塌縮，對(duì)工藝依賴(lài)性較大，從而導(dǎo)致產(chǎn)品的一致性較差。第二種：采用模板的方法(CN108584908B)，首先將高分子或可聚合單體與模板材料混合(模板為內(nèi)核)，然后再經(jīng)過(guò)高溫退火、碳化、石墨化等途徑制備模板材料為內(nèi)核的碳材料，然后再經(jīng)過(guò)特定的后處理去除內(nèi)核模板，從而得到碳籠材料。該方法制備的碳籠材料，尺寸受制于模板的尺寸，同一種模板只能制備一種碳籠材料，方法的可拓展性較小，也就是說(shuō)制備不同尺寸的碳籠結(jié)構(gòu)需要混合多種不同尺寸的模板材料，從而導(dǎo)致該方法制備的碳籠材料產(chǎn)量較低。

因此，開(kāi)發(fā)一種尺寸可控的碳籠材料的制備方法非常有必要。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種尺寸可控的碳籠材料及其制備方法和應(yīng)用，通過(guò)選用合適的電化學(xué)膨脹活性材料、可控的電化學(xué)法以及合適的工藝參數(shù)使得膨脹內(nèi)核的尺寸精確可控，從而實(shí)現(xiàn)不同尺寸可控的碳籠結(jié)構(gòu)，制備過(guò)程簡(jiǎn)單、靈活，只需涉及一個(gè)可控電化學(xué)體系進(jìn)行控制多個(gè)碳籠材料的尺寸，無(wú)需使用多個(gè)模板或基體進(jìn)行控制，具有廣闊的應(yīng)用前景。

為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明的目的之一在于提供一種尺寸可控的碳籠材料的制備方法，所述碳籠材料的制備方法包括如下步驟：

(1)將電化學(xué)膨脹活性材料在電解液的作用下通過(guò)電化學(xué)法進(jìn)行膨脹，得到膨脹內(nèi)核；

(2)采用前驅(qū)體材料對(duì)步驟(1)得到的膨脹內(nèi)核的表面進(jìn)行包覆，得到包覆物；

(3)將步驟(2)得到的包覆物進(jìn)行碳化，得到所述尺寸可控的碳籠材料。

在本發(fā)明中，通過(guò)選用合適的電化學(xué)膨脹活性材料、可控的電化學(xué)法以及合適的工藝參數(shù)使得膨脹內(nèi)核的尺寸精確可控，從而實(shí)現(xiàn)不同尺寸可控的碳籠結(jié)構(gòu)，制備過(guò)程簡(jiǎn)單、靈活，只需涉及一個(gè)可控電化學(xué)體系進(jìn)行控制多個(gè)碳籠材料的尺寸，無(wú)需使用多個(gè)模板或基體進(jìn)行控制，具有廣闊的應(yīng)用前景。

在本發(fā)明中，在進(jìn)行可控電化學(xué)法時(shí)，選用電解液，在進(jìn)行電化學(xué)調(diào)控過(guò)程中，電化學(xué)膨脹活性材料不與電極進(jìn)行接觸，僅與電解液進(jìn)行接觸，大大簡(jiǎn)化了后處理過(guò)程。