[發明專利]木基碳泡沫及其制備方法、陰極電催化劑、陰極和金屬空氣電池

在審

• 申請號: 202110284425.X
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113060719A
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 王猛;孫佩佩;龐懷鵬;張興雙;張延青
• 申請（專利權）人: 山東省科學院新材料研究所
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;H01M4/90;H01M4/86;H01M12/06
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 劉建榮

1.一種木基碳泡沫的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(a)提供脫除木質素的木材；

提供過渡金屬鹽、雜原子化合物和溶劑形成的第一溶液；

其中，所述過渡金屬鹽包括鐵鹽和鈷鹽，所述雜原子化合物包括含氮化合物；

(b)將脫除木質素的木材與第一溶液混合，然后固液分離，得到木材前體；

將木材前體內的空氣去除使木材前體產生多孔，然后進行低溫固化，冷凍干燥，得到木基泡沫；

(c)將木基泡沫于惰性氣氛下熱解，得到木基碳泡沫。

2.根據權利要求1所述的木基碳泡沫的制備方法，其特征在于，步驟(a)中，脫除木質素的木材的制備方法包括以下步驟：

提供含有木質素脫除劑的溶液；

將木材與含有木質素脫除劑的溶液混合使發生反應，反應結束后進行固液分離，將分離后的固體物置于氧化性溶液中處理，得到脫除木質素的木材。

3.根據權利要求2所述的木基碳泡沫的制備方法，其特征在于，水溶液中木質素脫除劑的濃度為2.1-9.0mol/L；

優選的，木質素脫除劑包括強堿和Na₂SO₃，強堿和Na₂SO₃的摩爾比(2-8)：(0.1-1)；

優選的，強堿包括氫氧化鉀和/或氫氧化鈉。

4.根據權利要求2所述的木基碳泡沫的制備方法，其特征在于，木材包括巴爾衫木、椴木或櫸木中的任意一種或至少兩種的組合；

優選的，木材與含有木質素脫除劑的溶液的質量比為1：(50-100)；

優選的，木材與含有木質素脫除劑的溶液反應的溫度為80-200℃，反應的時間為12-24h，壓力為0.1-10.0MPa；

優選的，氧化性溶液包括雙氧水、次氯酸鈉溶液或者次氯酸鉀溶液中的任意一種；

優選的，采用氧化性溶液處理的時間為1-5h；

優選的，氧化性溶液處理后還包括洗滌的步驟。

5.根據權利要求1所述的木基碳泡沫的制備方法，其特征在于，步驟(a)中，第一溶液中的過渡金屬鹽還包括錳鹽、鎳鹽、釩鹽或鈦鹽中的任意一種或至少兩種的組合；

優選的，第一溶液中的雜原子化合物還包括含硫化合物、含磷化合物或含硼化合物中的任意一種或至少兩種的組合；

優選的，含氮化合物包括尿素、三聚氰胺或雙氰胺中的任意一種或至少兩種的組合；

優選的，含硫化合物包括硫脲、尿素或三聚硫氰酸中的任意一種或至少兩種的組合；

優選的，含磷化合物包括植酸和/或亞磷酸；

優選的，含硼化合物包括硼酸和/或硼酸三異丙酯；

優選的，第一溶液中的溶劑包括乙醇和/或水；

優選的，第一溶液中過渡金屬鹽的濃度為0.1-0.5g/L；

優選的，第一溶液中雜原子化合物的濃度為0.5-1.0g/L。

6.根據權利要求1-5任意一項所述的木基碳泡沫的制備方法，其特征在于，步驟(b)中，脫除木質素的木材與第一溶液的質量比為1：(50-100)；

優選的，步驟(b)中，通過抽真空的方式木材前體內的空氣去除；

優選的，步驟(b)中，低溫固化的溫度為-80～-20℃，低溫固化的時間為1-5h；

優選的，步驟(b)中，冷凍干燥的溫度為-25～-20℃，冷凍干燥的時間為24-28h；

優選的，步驟(c)中，熱解的溫度為900-1000℃，熱解的時間為2-4h，升溫速率為1-10℃/min；

優選的，步驟(c)中，將木基泡沫于惰性氣氛下熱解之后還包括采用酸溶液和水進行洗滌的步驟；

優選的，步驟(c)中，酸溶液包括鹽酸、硫酸或硝酸中的任意一種；

優選的，步驟(c)中，酸溶液的濃度為0.1-5mol/L。

7.一種木基碳泡沫，其特征在于，采用權利要求1-6任意一項所述的木基碳泡沫的制備方法制得。

8.一種陰極電催化劑，其特征在于，采用權利要求7所述的木基碳泡沫制得。