一种微孔碳材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种碳材料及其制备方法，微孔碳材料比表面积低于600m

A Microporous Carbon Material and Its Preparation Method

The invention relates to a carbon material and a preparation method thereof. The specific surface area of the microporous carbon material is less than 600 m.

【技术实现步骤摘要】
一种微孔碳材料及其制备方法
本专利技术涉及一种碳材料及其制备方法，属于碳材料及储氢材料

技术介绍
据文献记载，目前有四种车载储氢技术可以利用，分别是氢气液化，氢气压缩，将氢储存于金属氢化物中和利用多孔材料吸附氢(Int.J.HydrogenEnergy,1997,22,601-610.)。与其它三种储氢技术相比，利用多孔材料吸附氢具有如下优点：较高的质比储氢密度，快速而可逆的吸附动力学，储氢容器承压低，安全和成本低(Nature,1997,386,377-379；Carbon,2005,43,2209–2214；InternationalJournalofHydrogenEnergy,2017,42,25143-25165.)。为了提高储氢材料的吸附性能，科研工作者发展了多种方法，如提高吸附剂的比表面积(Chem.Commun.,2014,50,788-791；Chemicalreviews,2012,112,782-835.)，对碳材料进行金属、非金属元素掺杂(Physicalreviewletters,2005,94,175501；J.Am.Chem.Soc.,2010,132,15246-15251；Carbon,2009,47,1585-1591.)，提高吸附能(J.Am.Chem.Soc.,2005,127,6361-6366；TheJournalofPhysicalChemistryC,2015,119,21314-21322.)，及对微孔的尺寸、结构和孔容进行调控等(Angew.Chem.,Int.Ed.,2006,45,1804-1807；Adv.Funct.Mater.,2012,16,2288–2293；J.Phys.Chem.B1998,102,10894-10898.)。从实际应用的角度看，高比表面积的吸附材料不利于提高其体比气体吸附量(Adv.Funct.Mater.,2012,16,2288–2293.)。因此，获得比表面积中等、微孔丰富的储氢材料更有意义；原因是，被微孔所捕获的氢气具有较高的吸附能和近乎液态氢的密度(Nanotechnology,2009,20,204026；J.Phys.Chem.B1998,102,10894-10898；AppliedPhysicsLetters,2003,83,3392-3394.)。碳材料来源丰富、价格低、比表面积大，是一类潜在的储氢材料。但是，普通碳材料，如活性炭，其较大的比表面积有相当一部分来自于介孔的贡献。就储氢材料而言，在温度和压力相同的情况下，其储氢能力取决于孔的结构与尺寸(J.Phys.Chem.B1998,102,10894-10898.)。据文献记载，微孔尤其是尺寸小于1nm的亚纳米孔，对于材料的储氢能力起着至关重要的作用(Langmuir,2006,22,1688-1700；J.Phys.Chem.B1998,102,10894-10898；J.Phys.Chem.B2002,106,10930-10934；J.Am.Chem.Soc.,2005,127,16006–16007.)。因此，如何调控碳材料的亚纳米孔，获得储氢能力高的碳材料，依然是一项具有挑战性的课题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种微孔尤其是亚纳米孔丰富的新型碳材料。一种微孔碳材料，其特征在于，比表面积低于600m2/g，亚纳米孔尺寸在0.5-0.9nm之间。本专利技术所述的碳材料，因其微孔含量丰富(微孔比表面所占样品总比表面百分比高)、亚纳米孔可控，是一种新型碳。所述微孔碳材料，以碳元素为主，含有少量不可避免的杂质元素，比如Na，Cl/Br。优选的，所述微孔碳材料由片层结构的微米级颗粒组成(见图1-图5)。其中，随着热处理温度的升高，颗粒表面出现蜂窝状结构(图4)。图5为样品SCl-500的TEM图。从图中可以更加清楚地分辨样品的颗粒的片层形貌。优选的，比表面积为280～600m2/g。更优选的，微孔比表面所占样品总比表面的百分比为40-90％。更优选的，0.7nm的亚纳米孔比表面所占样品总比表面的百分比为40-90％。本专利技术还提供微孔碳材料的制备方法，包括步骤如下：1)将1,3,5-三卤苯和新鲜钠片置于盛有无水苯的容器中，将容器密封并转移至不锈钢反应釜中，封釜，将反应釜置于200-220℃的加热炉中，保温加热12-24h，自然冷却至室温；2)将反应釜打开，将容器内容物搅匀，抽滤，然后分别用无水乙醇和蒸馏水洗涤滤饼，将滤饼干燥；3)将步骤2)所得滤饼研磨、粉碎，将粉体转移至陶瓷坩埚中，将坩埚置于管式炉中，在惰性气体保护下于450-550℃热处理6-10h，自然冷却至室温，得微孔碳材料。步骤1)中所述1,3,5-三卤苯为1,3,5-三氯苯、1,3,5-三溴苯或它们之间的组合。步骤1)中，所述1,3,5-三卤苯与钠片的物质的量之比为1:(3-4)。步骤1)中，所述1,3,5-三卤苯的物质的量与无水苯的体积之比为(0.0375-0.1):1mol/L。即每升无水苯中添加0.0375-0.1mol的1,3,5-三卤苯。步骤1)中所述无水苯与容器，其中，无水苯在容器中的填充率为60-80％。步骤1)中所述的容器，其材质为聚四氟乙烯、聚丙烯、陶瓷或不锈钢。步骤3)中所述惰性气体为氮气或氩气。本专利技术还提供微孔碳材料的用途，用于储氢。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术所获得的碳材料，比表面积低于600m2/g，但微孔含量高，亚纳米孔尺寸在0.5-0.9nm之间可调。2、经450-550℃热处理所获得的碳材料，在77K和1tam下，具有较高的储氢能力。附图说明图1为样品S起始的SEM图。图2为样品SCl-450的SEM图。图3为样品SCl-500的SEM图。图4为样品SCl-550的SEM图。图5为样品SCl-500的TEM图。图6为样品S起始、SCl-450、SCl-500和SCl-550的孔径分布图。图7为样品SBr-500的孔径分布图。具体实施方式下面通过具体实施例并结合附图对本专利技术的技术方案做进一步阐述，这些实施例只是为了阐述本专利技术的技术方案，而不能视为对本专利技术权利要求内容的限制。实施例中的1,3,5-三卤苯、金属钠和苯购自国药集团上海有限公司。扫描电镜(SEM)照片经日本HitachiRegulus8220型场发射扫描电子显微镜检测获得；透射电镜(TEM)照片经日本JEOLJEM-2100透射电子显微镜检测获得；拉曼光谱经英国RenishawinVia激光拉曼光谱仪检测获得，激发波长为532nm；氮气和氢气吸脱附曲线经美国MicromeriticsASAP2020气体吸附仪检测获得。实施例1一种微孔碳材料及其制备方法，步骤如下：(1)将3mmol1,3,5-三氯苯、10mmol新鲜钠片，加入到容积为100mL、盛有80mL无水苯的聚四氟乙烯容器中，将容器密封并转移至不锈钢反应罐中，封罐。将反应罐转移至温度210℃的加热炉中，保温加热12h，自然冷却至室温。(2)将反应罐打开，搅动容器内容物使混合均匀。抽滤，分别采用少量无水乙醇和蒸馏水洗涤滤饼，将滤饼置于60-80℃鼓风干燥箱中干燥，得粉末状样品，记为S起始。(3)将步骤(2)所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微孔碳材料，其特征在于，比表面积低于600m

【技术特征摘要】
1.一种微孔碳材料，其特征在于，比表面积低于600m2/g，亚纳米孔尺寸在0.5-0.9nm之间。2.如权利要求1所述的微孔碳材料，其特征在于，所述微孔碳材料由片层结构的微米级颗粒组成。3.如权利要求1所述的微孔碳材料，其特征在于，比表面积为280-600m2/g。4.如权利要求1所述的微孔碳材料，其特征在于，微孔比表面所占样品总比表面的百分比为40-90％。更优选的，0.7nm的亚纳米孔比表面所占样品总比表面的百分比为40-90％。5.如权利要求1-4任一项所述的微孔碳材料的制备方法，包括步骤如下：1)将1,3,5-三卤苯和新鲜钠片置于盛有无水苯的容器中，将容器密封并转移至不锈钢反应釜中，封釜，将反应釜置于200-220℃的加热炉中，保温加热12-24h，自然冷却至室温；2)将反应釜打开，将容器内容物搅匀，抽滤，然后分别用无水乙醇和蒸馏水洗涤滤饼，将滤饼干燥；3)将步骤2)所得滤饼研磨、粉碎，将粉体转移至陶瓷坩埚中，将坩埚...

【专利技术属性】
技术研发人员：盖利刚，徐崇，班青，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：山东,37