[發(fā)明專利]一種由碳化硅和碳材料構(gòu)建的有序多孔材料及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110525891.2
• 申請(qǐng)日: 2021-05-14
• 公開（公告）號(hào): CN113060735A
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 安百鋼;李莉香;劉馨月;趙宏偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 遼寧科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B32/977
• 分類號(hào): C01B32/977;C01B32/05
• 代理公司: 鞍山順程商標(biāo)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 21246
• 代理人: 范偉琪

本發(fā)明涉及多孔材料及其制備方法，具體為一種由碳化硅和碳材料構(gòu)建的有序多孔材料及其制備方法。其以碳材料為孔壁的圓筒形有序介孔和以碳化硅為孔壁的近正六方型介孔構(gòu)成。其制備過程主要是包括，以硅烷化活化的分子篩SBA?15為模板，以含碳前驅(qū)體為碳源，采用化學(xué)氣相沉積（CVD）技術(shù)，使硅烷化SBA?15孔壁沉積碳層，之后利用鎂熱還原技術(shù)使SBA?15孔壁和沉積的碳層界面形成碳化硅層，之后使用NaOH或HF酸溶液去除SBA?15模板，最終獲得含有以碳化硅為孔壁的六方形有序介孔和以碳材料為孔壁的圓筒形有序介孔的新型多孔材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新型多孔材料及其制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種由碳化硅和碳材料構(gòu)建的有序多孔材料及其制備方法。

背景技術(shù)

碳化硅（SiC）具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性、高硬度、優(yōu)異的抗氧化和耐腐蝕性以及低電阻率等許多迷人性能，是一種很有應(yīng)用前景的材料。多孔碳化硅已廣泛應(yīng)用于催化劑載體、多孔陶瓷和氣體傳感器等領(lǐng)域，近年來，多孔碳化硅在超級(jí)電容器電極材料方面也表現(xiàn)出了一定潛力。Kim團(tuán)隊(duì)在1250℃下制備了含微孔、中孔和大孔的多孔SiC，作為超級(jí)電容器電極材料在1 M Na₂SO₄電解液，掃描速率為5 mV s^-1時(shí)，表現(xiàn)出336.5 F g^-1的比電容（M. Kim, I. Oh, J. Kim, Supercapacitive behavior depending on the mesoporesize ofthree-dimensional micro-, meso- and macroporous silicon carbide forsupercapacitors,Phys. Chem. Chem. Phys, 2015, 17: 4424-4433）。碳化硅納米線應(yīng)用于全固態(tài)微型超級(jí)電容器，在450 ℃溫度下，可提供92 μF cm^-2面電容，循環(huán)10000圈后比電容保持率超過60 %（C. H. Chang, B. Hsia, J. P. Alper, et al., High-temperatureall solid-state microsupercapacitors based on SiCnanowire electrode and YSZelectrolyte, ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7: 26658-26665）。然而，由于碳化硅硬度高和硅碳原子之間的共價(jià)鍵特性，多孔碳化硅合成、孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與調(diào)控方面仍面臨相當(dāng)大困難。

與碳化硅相比，多孔碳具有更加廣泛的結(jié)構(gòu)和形態(tài)，如活性炭、富勒烯、碳納米管、石墨烯、模板碳等，其在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用和開發(fā)。由于結(jié)構(gòu)易調(diào)性，碳材料在孔隙結(jié)構(gòu)和尺寸上較其他材料具有多樣性和新穎性。如從孔尺寸調(diào)控上，可設(shè)計(jì)合成微孔、介孔、大孔碳，從孔結(jié)構(gòu)上，可合成無序多孔碳、有序多孔碳和具有分級(jí)孔結(jié)構(gòu)的多孔碳等。模板法廣泛應(yīng)用設(shè)計(jì)碳材料孔結(jié)構(gòu)和控制碳孔徑。以陽極氧化鋁（AAO）、泡沫鎳、分子篩SBA-15等材料為模板，碳納米管、三維網(wǎng)絡(luò)石墨烯、有序多孔碳等不同結(jié)構(gòu)和形態(tài)的多孔炭材料已被成功合成。但利用模板法制備和調(diào)控碳化硅及其孔結(jié)構(gòu)尚見報(bào)道，以有序多孔碳化硅和有序多孔碳構(gòu)建的多孔材料未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種由碳化硅和碳材料構(gòu)建的有序多孔材料及其制備方法，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，以硅烷化活化的分子篩SBA-15為模板，以含碳前驅(qū)體為碳源，采用化學(xué)氣相沉積乙炔（CVD）沉積技術(shù)，使硅烷化SBA-15孔壁沉積碳層，再利用鎂熱還原技術(shù)使SBA-15孔壁和沉積的碳層界面形成碳化硅層，最后再使用NaOH或HF酸溶液去除SBA-15模板，最終獲得含有兩種有序介孔的新型多孔材料。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

技術(shù)方案之一：一種由碳化硅和碳材料構(gòu)建的有序多孔材料，其特征在于，其結(jié)構(gòu)中包含有兩種有序介孔，一種為孔徑為2.0-3.0nm的圓筒形介孔，其孔壁為碳材料；另一種為近正六方形介孔，孔的最大對(duì)邊長度為3.0-4.0 nm，其孔壁為碳化硅；兩種介孔相互通過孔壁結(jié)合形成有序分布，介孔間平均壁厚為2.5-3.5nm。