蜂窝状多孔碳材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种蜂窝状多孔碳材料的制备方法，其包括以下步骤：步骤一、采用软木作为原料，并将其切成片层；步骤二、将所述片层在惰性气体下焙烧；步骤三、将焙烧后的产物先后通过蒸馏水、乙醇清洗，清洗以后再烘干，得到蜂窝状多孔碳材料。通过本发明专利技术可以高效、低成本制备出具有规则蜂窝状的碳材料，可广泛应用于储能和催化载体等领域。

Method for preparing honeycomb porous carbon material

The invention discloses a method for preparing a porous carbon material, which comprises the following steps: first, using the cork as raw material, and cut it into slices; step two, the layer under inert gas roasting; step three, the calcined product successively by distilled water and ethanol after cleaning, cleaning and drying, obtained honeycomb porous carbon materials. The carbon material with regular honeycomb structure can be prepared with high efficiency and low cost, and can be widely used in the fields of energy storage and catalysis.

【技术实现步骤摘要】
蜂窝状多孔碳材料的制备方法
本专利技术涉及碳材料的制备
，具体涉及一种蜂窝状多孔碳材料的制备方法。
技术介绍
多孔碳材料在能源器件、气体吸附和催化载体等领域都具有十分广泛的应用，因此，高效、低成本的合成出规则的多孔碳材料具有十分重要的意义。目前合成规则多孔碳材料的方法主要有模板法、层层自组装等方法。这些方法虽然可以合成出规则的、孔径大小/形状可控的多孔碳电极材料，但是其较多的合成制备步骤(模板法)，或繁琐的多次操作(层层自组装法)都使得在合成多孔碳电极材料的过程中产生较高的时间和金钱成本。
技术实现思路
本专利技术克服了现有技术的不足，提供一种可高效、低成本的制备规整孔径的多孔碳电极材料的方法。考虑到现有技术的上述问题，根据本专利技术公开的一个方面，本专利技术采用以下技术方案：一种蜂窝状多孔碳材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一、采用软木作为原料，并将其切成片层；步骤二、将所述片层在惰性气体下焙烧；步骤三、将焙烧后的产物先后通过蒸馏水、乙醇清洗，清洗以后再烘干，得到蜂窝状多孔碳材料。为了更好地实现本专利技术，进一步的技术方案是：根据本专利技术的另一个实施方案，所述软木为天然软木或人工后期加工软木。根据本专利技术的另一个实施方案，所述软木的片层的厚度为0.1-1毫米。根据本专利技术的另一个实施方案，所述软木在切成片层并将碎屑清洗后再进行焙烧。根据本专利技术的另一个实施方案，所述步骤二是在900-1500摄氏度恒温焙烧0.8-1.2小时。根据本专利技术的另一个实施方案，所述步骤三中烘干温度为78-82摄氏度。根据本专利技术的另一个实施方案，通过步骤三得到的蜂窝状多孔碳材料经过形貌和结构表征以后待用。本专利技术还可以是：根据本专利技术的另一个实施方案，所述步骤一中将软木切成不同厚度的片层。与现有技术相比，本专利技术的有益效果之一是：本专利技术的一种蜂窝状多孔碳材料的制备方法，具有：1)可以保证得到的碳材料具有较高孔径均匀度和规整度。本合成方法只需要一步高温焙烧，即可得到规则蜂窝状多孔结构的碳材料，而其他合成方法通常需要多步才能实现；以聚苯乙烯小球模板法为例，首先通常需要将牺牲体聚苯乙烯小球和基体材料在液相中混合均匀，然后通过一定的组装手段形成两种前体的交替结构，再通过溶解聚苯乙烯小球形成多孔碳材料。在这种多步操作过程中，较难实现大面积多孔碳材料制备时的孔径均匀度和规整度；而本专利技术所采用的方法，不仅可以快速合成出蜂窝状多孔结构的碳材料，并且其孔径均匀度和规整度完全由软木结构所决定和固定，不随合成方法和过程的影响，因此碳材料的孔径均匀度和规整度可以得到较好的保证。2)本专利技术可实现蜂窝状多孔碳材料的低成本大量制备。由于本方法采用软木作为原料，以其天然的蜂窝状多孔结构作为硬模板，通过高温焙烧制备得到蜂窝状多孔碳材料；因此，该蜂窝状多孔碳材料的成本、产量仅仅决定于软木的成本和产量。而软木主要是橡树树皮，其产量丰富且本身成本较低；并且其制备的产量主要决定于高温炉的大小，因此从技术上来说，用该方法实现蜂窝状多孔碳材料的低成本大量制备没有问题；而采用其他的模板法如软模板或层层自组装法等方法，其原料成本和时间成本都是非常大的问题。3)蜂窝状碳材料的孔形状可以在一定范围内实现有效控制。在实现较高孔径均匀度和规整度，以及可大量制备的基础上，采用本合成方法还可以实现蜂窝状碳材料的孔形状在一定范围内的有效调节。根据软木的产地和品种不同，其蜂窝状孔的形状可以主要是正方形，也可以是五边形、六边形或七边形。因此我们可以通过筛选软木原料的产地和品种，得到具有不同孔形状的蜂窝状碳材料。4)通过本专利技术得到的蜂窝状碳材料的孔壁上有较多褶皱，可适用于对表面积需求较高的材料领域。由于本专利技术方法是通过高温焙烧除去软木中的非碳组分，这些被除去的部分将在产物相应位置中留下缺失的空间，导致所得到的蜂窝状碳材料的孔壁上有较多褶皱，这就直接增加了该部分的比表面积。而模板法和层层自组装的方法比较难实现这一点。附图说明为了更清楚的说明本申请文件实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是对本申请文件中一些实施例的参考，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据这些附图得到其它的附图。图1为高温焙烧天然软木得到的蜂窝状碳材料的扫描电镜示意图。图2为高温焙烧人工后期加工软木得到的蜂窝状碳材料的扫描电镜示意图。图3为根据本专利技术一个实施例焙烧后软木的放大扫描电镜示意图。图4和图5为具有不同孔形状的蜂窝状碳材料的扫描电镜示意图。图6为蜂窝状碳材料在空气氛围中的热失重示意图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。一种蜂窝状多孔碳材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一、采用软木作为原料，其软木可以为天然软木或人工后期加工软木，由于软木原料的结构直接决定了碳片层产物的结构，因此选取不同结构的软木原料可以得到不同结构的碳片层产物。天然软木的结构，孔洞取向和规整度更好；而人工后期加工的软木，则是有尺寸大约在几十微米至几百微米的天然软木颗粒压制而成，因此其孔洞没有固定取向；并且由于其颗粒之间具有较多缝隙，会影响其产物的力学、电学和热导等性能；但是另一方面，相比较天然的软木，人工后期加工软木中的这些缝隙也可以促进液体的浸润，使得其在应用到电解液体系中的电极材料领域具有更好的优势。然后将其切成不同厚度的片层，其片层的厚度在0.1-1毫米范围内，根据后期使用需求的不同，可利用机械切片等方式进行切片，切片后简单清洗掉碎屑以待用。步骤二、将切好的软木片平摊到高温炉里，在惰性气体下焙烧，焙烧在900-1500摄氏度恒温条件下进行，焙烧时间为0.8-1.2小时；焙烧完成后其厚度可能有些许增加，应该是热处理以后结构单元微量膨胀的结果。步骤三、将焙烧后的产物通过蒸馏水或乙醇清洗，清洗以后再烘干，烘干温度为78-82摄氏度，得到蜂窝状多孔碳材料，再经过形貌和结构表征以后待用。本专利技术通过利用天然软木中本身具有的规则蜂窝状结构，将其高温焙烧除去非碳组分，从而得到具有规则蜂窝状结构的碳材料，下面以具体的示例进一步详细说明：实施例1：选取天然软木作为原料，将其切成厚度为0.5毫米的薄片，长、宽分别为1厘米，简单清洗掉碎屑以后待用；将切好的软木片平摊到高温炉里，在惰性气体氩气保护下，以10摄氏度每分钟开始升温，最终在900摄氏度恒温焙烧一小时。焙烧完成后将产物通过蒸馏水和乙醇洗涤，在80摄氏度下烘干，焙烧后其厚度增加到0.6毫米。对该产物进行形貌和结构组分测试，显示其成分为碳，其蜂窝状碳材料内部无缝隙，结构单元为五/六/七边形孔洞，孔洞取向较为一致。实施例2：选取天然软木作为原料，将其切成厚度为0.5毫米的薄片，长、宽分别为1厘米，简单清洗掉碎屑以后待用；将切好的软木片平摊到高温炉里，在惰性气体氩气保护下，以10摄氏度每分钟开始升温，最终在1500摄氏度恒温焙烧一小时。焙烧完成后将产物通过蒸馏水和乙醇洗涤，在80摄氏度下烘干，焙烧后其厚度增加到0.6毫米。对该产物进行形貌和结构组分测试，显示其成分为碳，其蜂窝状碳材料产生少量缝隙，主要是因为1500摄氏度高温下少量碳也随着其他组分一起挥发，导致蜂窝状结构中产生了少量缝隙，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蜂窝状多孔碳材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、采用软木作为原料，并将其切成片层；步骤二、将所述片层在惰性气体下焙烧；步骤三、将焙烧后的产物通过先后通过蒸馏水、乙醇清洗，清洗以后再烘干，得到蜂窝状多孔碳材料。

【技术特征摘要】
1.一种蜂窝状多孔碳材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、采用软木作为原料，并将其切成片层；步骤二、将所述片层在惰性气体下焙烧；步骤三、将焙烧后的产物通过先后通过蒸馏水、乙醇清洗，清洗以后再烘干，得到蜂窝状多孔碳材料。2.根据权利要求1所述的蜂窝状多孔碳材料的制备方法，其特征在于所述软木为天然软木或人工后期加工软木。3.根据权利要求1所述的蜂窝状多孔碳材料的制备方法，其特征在于所述软木的片层的厚度为0.1-1毫米。4.根据权利要求1所述的蜂窝状多孔碳材料的制备方法，其特征在于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张龙，杨芳，陆静，楚合涛，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院化工材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51