一种介孔碳纳米材料及其制备方法与应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115703634A(43)申请公布日2023.02.17(21)申请号202110936509.7(22)申请日2021.08.16(71)申请人中国科学院大连化学物理研究所地址116023辽宁省大连市中山路457号(72)发明人刘健景铃胭田强(74)专利代理机构北京元周律知识产权代理有限公司11540专利代理师毛薇(51)Int.Cl.C01B32/15(2017.01)B82Y30/00(2011.01)B82Y40/00(2011.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称一种介孔碳纳米材料及其制备方法与应用(57)摘要本申请公开了一种介孔碳纳米材料及其制备方法与应用。本申请利用氧化石墨烯(GO)或迈克烯(MXene)作为模板，各种介孔碳前驱体可以均匀包覆在模板表面，经高温碳化后，形成介孔碳纳米片。所制备的碳纳米片有明显的介孔结构，厚度在30～40nm并具有高的比表面积。介孔碳纳米片中的模板能更好的提供导电性而不需要进一步去除，避免资源浪费，有利于规模化生产。因此，本发明方法具有普适性，制备得到的一系列介孔碳纳米片在催化剂、传感、能量储存和转换等领域有潜在的应用。CN115703634ACN115703634A权利要求书1/2页1.一种介孔碳纳米材料的制备方法，其特征在于，将含有碳前驱体的溶液与含有模板剂和造孔剂的溶液混合反应，得到含有模板剂的介孔碳前驱体，将含有模板剂的介孔碳前驱体碳化后得到所述介孔碳纳米材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳前驱体为酚类化合物；所述酚类化合物选自间苯二酚、间苯三酚、苯酚、3‑氨基酚和多巴胺、三聚氰胺、2,2',4,4'‑四羟基二苯硫醚、单宁酸中的至少一种；所述模板剂选自氧化石墨烯、迈克烯中的至少一种；所述造孔剂为两性三嵌段共聚物；所述两性三嵌段共聚物，选自PluronicF127、PluronicF108、PluronicP123中的至少一种。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述含有碳前驱体的溶液由碳前驱体与溶剂混合获得；所述溶剂选自水、乙醇、甲醇中至少一种；所述碳前驱体与溶剂的质量体积比为1～100mg/mL；优选地，所述的造孔剂与模板剂的质量比0.01～5：0.01～2；所述含有模板剂和造孔剂的溶液中，溶剂为水和醇的混合溶剂，其中水与醇的体积比为0.1～20；所述醇选自乙醇、甲醇中至少一种；所述造孔剂在所述水和醇的混合溶剂中的含量为0.001～0.1g/mL；优选地，所述含有模板剂和造孔剂的溶液中，模板剂的浓度为0.01mg/mL～10mg/mL。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述混合反应中还包括甲醛；所述甲醛和碳前驱体的用量比为甲醛：碳前驱体＝0～2000μL：0.01～3g，其中加入的碳前体为多巴胺时，甲醛的加入量为0；所述甲醛溶液中的质量分数为37％～40％；优选地，所述反应温度为20～100℃，反应时间为1～30h。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述含有模板剂和造孔剂的溶液还含有扩孔剂和催化剂。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述扩孔剂为1，3，5‑三甲苯；所述催化剂选自酸性催化剂或碱性催化剂；优选地，所述酸性催化剂选自盐酸、硫酸中的至少一种；所述碱性催化剂选自氨水、乙二胺中的至少一种。7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述扩孔剂与所述水和醇的混合溶剂的体积比为1～200μL/mL；所述催化剂与所述水和醇的混合溶剂的体积比为1～200μL/mL。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳化在非活性气氛条件下进行；2CN115703634A权利要求书2/2页所述非活性气氛，选自氮气、氩气、氦气中的一种；所述碳化温度为200～1000℃，碳化时间为2～15h；优选地，所述碳化的步骤包括：(a)以0.5～50℃/min的升温速率升温到250～450℃条件下保温，保温时间为0.5～10h；(b)以0.5～50℃/min的升温速率500～1000℃保温，保温时间为0.5～10h。9.一种介孔碳纳米材料，其特征在于，所述介孔碳纳米材料根据权利要求1～8任一项所述的方法制备得到；所述介孔碳纳米材料的微观形貌为碳纳米片；所述碳纳米片比表面积为431～689m2/g，孔径为3.6～10.2nm，孔体积为0.11～0.25cm3/g，介孔碳纳米片的厚度为30～40nm。10.一种介孔碳纳米材料在催化、传感、能量转换/存储方面的应用，其特征在于，所述碳纳米材料为权利要求1～8任一项所述的方法制备得到的碳纳米材料或权利要求9所述的碳纳米材料。3CN115703634A说明书1/6页一种介孔碳纳米材料及其制备方法与应用技术领域