一种介孔微孔分级结构碳及其制备方法.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CN113800499A(43)申请公布日2021.12.17(21)申请号202111323459.1(22)申请日2021.11.09(71)申请人中国石油大学（华东）地址266580山东省青岛市黄岛区长江西路66号(72)发明人杨广武程元壮田忠诚(51)Int.Cl.C01B32/05(2017.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称一种介孔微孔分级结构碳及其制备方法(57)摘要本发明涉及一种介孔微孔分级结构碳及其制备方法。所述介孔微孔分级结构碳同时具有介孔和微孔两种孔道类型，以具有介孔微孔分级结构的分子筛作为模板，利用化学气相沉积技术制备获得。与传统的多孔碳材料合成方法相比，本发明只需要中低温(350‑550℃)和中低压(200‑600torr)的相对温和条件，极大降低了碳的非催化沉积，提高了碳材料的质量。另外，所述介孔微孔分级结构碳结合了介孔和微孔的优势，在保留了微孔结构较大的比表面积及其优势的同时，引入了介孔孔道，解决了单一微孔碳扩散距离短、传质阻力大的缺陷，便利了物料在孔道内的扩散、传输，在储能、催化等领域具有广泛的应用前景和发展潜力。CN113800499ACN113800499A权利要求书1/1页1.一种介孔微孔分级结构碳及其制备方法，其特征在于：以具有介孔微孔分级结构的分子筛为模板，通过阳离子交换在分子筛中引入活性位点，利用化学气相沉积技术在中低温和中低压条件下催化碳源气体的分解和碳的沉积，最后刻蚀掉分子筛模板而获得所述介孔微孔分级结构碳。2.如权利要求1所述制备方法，其特征在于化学气相沉积过程中碳生长的压力为200‑600Torr。3.如权利要求1所述制备方法，其特征在于化学气相沉积过程中碳生长的温度为350‑550℃。2CN113800499A说明书1/4页一种介孔微孔分级结构碳及其制备方法技术领域[0001]本发明属于多孔碳材料领域，具体涉及一种介孔微孔分级结构碳的制备方法。其特征在于：以具有介孔微孔分级结构的分子筛作为模板，通过阳离子交换在分子筛中引入活性位点，利用化学气相沉积技术在中低温和中低压条件下催化碳源气体的分解和碳的沉积，最后刻蚀掉分子筛模板而获得所述介孔微孔分级结构碳。该技术的关键在于，为防止碳在分子筛外表面的非选择性沉积，将碳沉积的温度和压力分别控制在350‑550℃的中低温和200‑600Torr的中低压条件。背景技术[0002]微孔碳材料在气体吸附、水处理、催化和能量存储等领域应用广泛。其中，活性碳、碳分子筛等微孔碳材料，普遍具有较高的比表面积和丰富的微孔结构，已经在储氢、储电、催化等方面得到了大规模的研究开发和实际应用。然而，微孔碳材料狭窄的微孔孔道在带来较高比表面积的同时，也导致了较短的扩散距离，因此增大了反应过程中的传质阻力。相比之下，介孔的孔径大于微孔，分子和离子能够以更快的速度在介孔中传输，从而极大提高扩散距离，降低传质阻力，但同时也会牺牲一定的比表面积和活性位点。因此，单一的微孔碳或介孔碳在实际应用中均具有不可避免的缺点。开发同时具有微孔和介孔的分级孔结构的碳材料，解决传统单一微孔碳、介孔碳的固有缺陷，最大程度发挥微孔和介孔各自的优势，具有广泛的应用价值和极大的的发展潜力。同时，由于目前多孔碳材料以仅含有微孔或者介孔结构的单一孔径的碳材料为主，具有介孔微孔分级结构的碳材料稀少，因此开发介孔微孔分级结构碳也具有极大创新价值。[0003]多孔碳材料的合成方法主要有直接碳化法、活化法和模板法。据文献报道，这些方法均需要高温高压的反应条件，能耗大，成本高。例如文献Carbon,2002,40，2367–2374采用糠醇浸渍法将碳填充到分子筛孔道中，在700℃的高温下以丙烯为碳源通过化学气相沉积技术制备得到有序微孔碳；文献EnergyEnviron.Sci.,2014,7,728‑735在1000℃的高温下碳化聚合物合成了三维孔道互连的微孔碳片；文献JournaloftheAmericanChemicalSociety,2000,122(43)，10712‑10713将蔗糖引入介孔二氧化硅模板SBA‑15中，在900℃的高温条件下通过碳化制备了结构完整的有序介孔碳CMK‑3。综上，以上方法均需要至少700℃的高温的制备条件，且所获碳材料的孔道类型单一，难以满足广泛的应用需求。[0004]鉴于此，本发明利用简单方法对微孔分子筛进行孔道改造，在保留原有有序微孔结构的同时引入介孔孔道，得到了具有介孔微孔分级结构的分子筛，并经过离子交换后引入活性位点，以此分子筛为模板，以乙炔为碳源，在中低温(350‑550℃)和中低压(200‑600Torr)条件下利用化学气相沉积技术制备介孔微孔分级结构碳，工艺操