一种利用盐模板制备高比表面积大孔-介孔碳的方法及应用.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CN109553098A(43)申请公布日2019.04.02(21)申请号201811021947.5(22)申请日2018.09.04(71)申请人四川大学地址610065四川省成都市武侯区一环路南一段24号(72)发明人储伟李敬骞伟中(51)Int.Cl.C01B32/318(2017.01)C01B32/336(2017.01)权利要求书1页说明书6页附图5页(54)发明名称一种利用盐模板制备高比表面积大孔-介孔碳的方法及应用(57)摘要本发明公开了一种利用盐模板制备高比表面积大孔-介孔碳材料的方法，包括以下步骤：将生物质明胶溶热水形成溶胶，加入无机盐作为模板剂，冷却至室温后放置于4℃的恒温箱中形成水凝胶，然后在-20℃下继续放置形成冻胶；将冻胶冷冻干燥，得气凝胶在氩气氛围下400-1000℃焙烧得黑色碳化产物。经水洗，抽滤，烘干得到最终产品。本发明方法采用可溶性生物质碳源和无机盐为原料，方法简便成本低，不涉及难溶金属模板，不需要酸洗，不残留金属杂质，绿色环保；所制备的碳材料具有高比表面积（2872cm2g-1），三维连续，丰富的大孔（50-150nm）和介孔（2-4nm），氮原子掺杂等特征。将其应用于4V离子液体超级电容器中，能够提供92Whkg-1的能量密度，以及优异的功率密度。CN109553098ACN109553098A权利要求书1/1页1.一种利用盐模板制备高比表面积大孔-介孔碳材料的方法，其特征在于如下步骤：步骤1、将可溶性碳源溶于60-80℃热水，形成均一溶胶；步骤2、向上述溶胶中加入一种或多种无机盐，搅拌溶解至均一溶胶；步骤3、上述混合溶胶冷却至室温，在4℃恒温箱中放置12-24h形成水凝胶，继续在-20℃下放置12-24h并浸于液氮1-5min形成冻胶；步骤4、将冻胶在冻干机中真空冷冻干燥24-36h除水得到气凝胶；步骤5、将气凝胶置于管式炉中，通入惰性气体，进行高温热解活化，获得黑色碳化产物；步骤6、对黑色碳化产物进行清洗1-3次，抽滤，烘干得到多孔碳材料。2.上述大孔-介孔碳是一种同时具有高能量密度和功率密度的超级电容电极材料，使用1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸(EMIBF4)为电解液，在4V的工作电压下，功率密度为1kWkg-1时，能够获得92Whkg-1的能量密度，在超高的功率密度200kWkg-1下，仍能保持39Whkg-1的能量密度。3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，热水与明胶的比例为(5mL:1g)-(30mL:1g)；热水与明胶的比例优选为20mL:1g。4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述无机盐为硝酸钠、硝酸钾、氯化钠、氯化钾、硫酸钠；所述无机盐优选为硝酸钠。5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，硝酸钠与明胶的质量比为(0.25-2):1；无机盐与明胶的比例优选为0.75:1。6.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，高温热解活化的惰性气氛为氮气、氩气；热解活化气氛优选为氩气。7.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，高温热解活化的温度为400-1000℃，升温速率为2-20℃/min，热解时间为1-3h；优选地，热解活化温度为900℃，升温速率为5℃/min，热解时间为1h。8.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，清洗黑色碳化产物所用溶剂为乙醇，丙酮，水或它们的混合物；清洗黑色碳化产物所用溶剂优选为水。9.根据权利要求1制备出的多孔碳材料，其特征在于：三维连续的大孔-介孔结构，大孔尺寸50-200nm,介孔尺寸2-4nm，比表面积600-3000cm2g-1，氮掺杂原子百分含量2.24-9.07at%。2CN109553098A说明书1/6页一种利用盐模板制备高比表面积大孔-介孔碳的方法及应用技术领域[0001]本发明属于碳材料技术领域，涉及到一种高比面积大孔-介孔碳材料的制备方法。背景技术[0002]多孔碳材料在吸附剂，超级电容器，可充电二次电池和燃料电池领域具有广泛的应用前景。目前，商业多孔碳材料常由强碱性KOH活化剂高温活化得到，所用碳源多为固体块状，在高温活化前需要进行清洗，粉碎，碳化预处理以及球磨混合活化剂等过程，后续过程还涉及腐蚀污染的酸洗步骤，过程烦琐复杂不环保，并且由于活化剂和碳源均是固体，难以保证均匀混合和充分活化，制备得到的多孔碳材料通常具有发达的微孔，而介孔和大孔比例很少。丰富的微孔有利于维持较高的比表面积，然而微孔尺寸较小，介孔和大孔的缺失使气体分子或电解液在孔道内的质量传递变得迟缓，严重影响其在高性能吸附剂和储能材料领域的应用。目前，同时拥有高比表面积和大孔-介孔结构这两种特性的多孔碳材料仍然没有较好的技术得以开发。[0003]众所周知，模板法是