[發明專利]一種多孔螺旋碳材料的無催化劑制備方法及其應用

在審

• 申請號: 202110166043.7
• 申請日: 2021-02-03
• 公開（公告）號: CN112830488A
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 王志俊;文亞東;陶鋒;祝淑媛;吳智清;劉興龍;孫宇峰
• 申請（專利權）人: 安徽工程大學
• 主分類號: C01B32/324
• 分類號: C01B32/324;C01B32/348;D01F9/16;D01D1/02;H01G11/26;H01G11/34;H01G11/86;H01Q17/00;C09K3/00
• 代理公司: 北京盛凡智榮知識產權代理有限公司 11616
• 代理人: 孫莉莉

本發明提供一種多孔螺旋碳材料的無催化劑制備方法及其應用，所述多孔螺旋碳材料的無催化劑制備方法包括以下步驟：S1、取落葉用超純水洗滌；S2、浸泡在腐蝕溶液中煮沸，用超純水沖洗沉淀物；S3、在硫酸溶液中超聲處理，用去離子水和酒精清洗，收集螺紋導管的團聚物；S4、將螺紋導管的團聚物冷凍干燥，即可得到螺紋導管；S5、所得螺紋導管在活化劑浸泡液中浸泡和振蕩一段時間后冷凍干燥；S6、放入管式爐中先預碳化、再升溫活化，再經清洗、干燥，即得多孔螺旋碳材料。本發明提出的制備方法，原料來源廣泛，制備工藝簡單易于操作，安全環保，得到的多孔螺旋碳材料產品純度高，性能優異，具有高比表面積、孔隙結構發達、應用廣泛。

技術領域

本發明涉及碳材料制備技術領域，尤其涉及一種多孔螺旋碳材料的無催化劑制備方法及其應用。

背景技術

螺旋碳材料因具有高比表面積、高孔隙率、良好的導電性和導熱性、可調控的孔徑和表面性能，在吸附劑、超級電容器、微波吸收以及氣體儲存等領域有廣泛的應用。當前，螺旋碳材料的制備方法通常是采用等離子體、電弧放電或化學氣相沉積法(CVD)進行合成。常規的制備方法中，需要使用有機物(如乙炔、甲烷等)為碳源，并需要在催化劑(如鐵基催化劑、鎳基催化劑、復合催化劑等)的存在下完成反應，導致制備得到的螺旋碳材料的結構和性能受到催化劑種類、催化劑尺寸、反應氣體、溫度和時間等條件的影響，可控性較差。如中國發明專利授權公告號：CN104987805B，公開了一種電鍍法螺旋碳纖維負載鎳水性防腐隱身涂料及其制備方法，該專利的碳纖維的制備過程中采用臥式爐基板法，以乙炔為碳源，以鎳板為催化劑，PCl₃為助催化劑，用化學氣相生長法制備了防腐隱身螺旋形手性碳纖維。然而，這類方法制作工藝較復雜，難以精確控制反應參數，而且對催化劑依賴太高。

中國發明專利授權公告號：CN1287018C，公開了一種旋管直徑為納米級的螺旋狀碳纖維及其制備方法，該制備方法將帶有孔隙的模板以一定的角度放入真空鍍膜機內，再將高純度的銅棒置于真空鍍膜機內，在真空狀態下將銅濺射沉積在模板的孔隙內和周圍；將沉積有銅催化劑的模板放入氣相沉積爐內，以小分子碳氫化合物為碳源，以H₂為還原氣，N₂為稀釋氣，在750℃±20℃下進行反應，在模板孔隙內生長螺旋碳纖維的方法。該方法制作工序復雜，成本高，且對催化劑的依懶性過高。

中國CN108264034B公開了一種源于木材的多孔碳上生長螺旋狀碳納米管的方法，首先將木材用乙醇和去離子水清洗干凈后烘干，在N₂氣氛中碳化，用乙醇和去離子水超聲清洗并干燥，再浸漬于Fe(NO₃)₃水溶液中回流，得到浸漬有Fe(NO₃)₃的碳化木材，再置于氮氣氣氛中升溫到一定溫度恒溫，然后通入乙腈氣體，繼續恒溫，在碳化木材上原位生長碳納米管，得到碳化木材/碳納米管復合材料，再置于混酸溶液中，在真空環境中常溫浸泡，用乙醇和去離子水清洗至pH中性，干燥后得到碳化木材/螺旋狀碳納米管復合材料，該發明提供的復合材料制備方法比較復雜，電導率和機械性能均不理想。

KOH活化法是制備多孔碳材料的常規活化方法之一。已有報道采KOH活化法對采用常規方法(CVD法等)制備的螺旋碳材料進行活化，造孔，(殷大根，朱亞波，杜勇，劉曉霞，劉章生,微米螺旋碳纖維的電容特性,材料研究學報,2012,26,73-77.但獲得的比表面積(1000m²g^-1)仍然較低。

可見，現有的多孔螺旋碳材料的制備方法還有待改進，具有超高比表面積和孔體積的多孔螺旋碳材料仍然難以獲得。基于此，本發明提出一種基于生物質體內天然螺旋結構，獲得超高比表面積多孔螺旋碳材料的無催化劑制備方法及其應用。

發明內容