一种超黑碳气凝胶泡沫复合物及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110451478A(43)申请公布日2019.11.15(21)申请号201910738242.3(22)申请日2019.08.12(71)申请人同济大学地址200092上海市杨浦区四平路1239号(72)发明人杜艾汪宏强张晨周斌(74)专利代理机构上海科盛知识产权代理有限公司31225代理人赵志远(51)Int.Cl.C01B32/05(2017.01)C01B32/15(2017.01)权利要求书1页说明书5页附图4页(54)发明名称一种超黑碳气凝胶泡沫复合物及其制备方法(57)摘要本发明涉及一种超黑碳气凝胶泡沫复合物及其制备方法，包括碳化的密胺泡沫骨架和生长在所述密胺泡沫骨架上的碳气凝胶纳米颗粒；制备方法为利用制备工艺较为成熟的间苯二酚-甲醛气凝胶为有机前驱体，通过预冷冻技术和高温煅烧工艺获得了大面积的、完整的、具有高效光热转换效率的超黑碳气凝胶泡沫复合物；该超黑碳气凝胶泡沫复合物表面具有分级多孔结构。与现有技术相比，本发明具有光热转换性能高、光吸收率高、制备过程简单易操作、容易推广使用和扩大生产等优点。CN110451478ACN110451478A权利要求书1/1页1.一种超黑碳气凝胶泡沫复合物，其特征在于，包括碳化的密胺泡沫骨架和生长在所述密胺泡沫骨架上的碳气凝胶纳米颗粒。2.根据权利要求1所述的一种超黑碳气凝胶泡沫复合物，其特征在于，所述的超黑碳气凝胶泡沫复合物具有分级多孔结构，包括孔径在2nm以内的一级孔结构和孔径为2～100nm的二级孔结构。3.根据权利要求1所述的一种超黑碳气凝胶泡沫复合物，其特征在于，所述超黑碳气凝胶泡沫复合物对400-2000nm波段的光的平均光吸收率高于97％。4.一种如权利要求1所述超黑碳气凝胶泡沫复合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)取密胺泡沫材料，采用去离子水洗涤，烘干备用；以间苯二酚和甲醛为原料制备间苯二酚-甲醛溶胶，备用；(2)将得到的间苯二酚-甲醛溶胶注入到填充有密胺泡沫材料的模具中，恒温保存，得到密胺泡沫骨架增强的间苯二酚-甲醛湿凝胶；(3)将制得的密胺泡沫骨架增强的间苯二酚-甲醛湿凝胶从模具中取出，采用去离子水进行溶剂替换；(4)将溶剂替换后的密胺泡沫骨架增强的间苯二酚-甲醛湿凝胶进行预冷冻处理、冷冻干燥处理，得到密胺泡沫骨架增强的间苯二酚-甲醛气凝胶；(5)将得到的密胺泡沫骨架增强的间苯二酚-甲醛气凝胶在保护气氛下高温碳化，获得所述超黑碳气凝胶泡沫复合物。5.根据权利要求4所述的一种超黑碳气凝胶泡沫复合物的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，所述预冷冻处理的温度为零下20～零下5℃，处理时间为2～12小时；所述预冷冻处理后的密胺泡沫骨架增强的间苯二酚-甲醛湿凝胶上具有微米量级的垂直孔洞结构。6.根据权利要求4所述的一种超黑碳气凝胶泡沫复合物的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，所述冷冻干燥处理的温度为零下20℃，处理时间为12～36小时。7.根据权利要求4所述的一种超黑碳气凝胶泡沫复合物的制备方法，其特征在于，所述密胺泡沫材料具有微米量级的开孔结构，其孔径为50～200um。8.根据权利要求4所述的一种超黑碳气凝胶泡沫复合物的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中，高温碳化过程的碳化温度为600-800℃，碳化时间为1～4小时。9.根据权利要求4所述的一种超黑碳气凝胶泡沫复合物的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，间苯二酚-甲醛溶胶和密胺泡沫材料的质量比为100:1～10:1，恒温保存具体为25～90℃保存1～5天，优选为80℃保存2天。10.根据权利要求4所述的一种超黑碳气凝胶泡沫复合物的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，溶剂替换的次数为1～6次，优选为3次。2CN110451478A说明书1/5页一种超黑碳气凝胶泡沫复合物及其制备方法技术领域[0001]本发明属于纳米材料及其制备领域，尤其是涉及一种具有高效光热转换性能和分级多孔结构的超黑碳气凝胶泡沫复合物及其制备方法。背景技术[0002]具有高效光热转换性能的超黑材料在水蒸气发电、海水淡化和工业污水处理等环保领域具有较好的应用潜力。碳气凝胶是一种具有良好导电性和纳米多孔结构的超黑碳材料，因此在遮光、电容去离子、超级电容器等领域具有潜在的应用潜力。目前，制备具有高效光热转换性能的超黑材料的方法主要有：高温化学气相沉积法、溶胶凝胶法和去模板法等。在这些方法中，材料的制备大多需要严苛的化学反应环境，例如：催化剂含量、反应温度、真空度要求、气氛要求等；除此之外，一些制备技术还需要繁琐的制备模板、去模板和特殊工艺干燥等过程。这种限制条件下的超黑材料的制备受到仪器和环境的限制，无法广泛的推广使用和大面积批量生产。发明