多孔聚合物/碳复合材料及其超组装方法技术

本发明专利技术属于碳复合材料领域，提供了一种多孔聚合物/碳复合材料及其超组装方法，将浓度为1.2mol/L‑5.2mol/L的酸溶液、木糖及F127加入聚四氟乙烯容器中反应，得到F127/木糖低聚物胶束，将碳材料加入到聚四氟乙烯容器中，再将聚四氟乙烯容器放入不锈钢热水釜中进行水热反应，F127/低聚物胶束吸附在碳材料表面，得到聚合物/碳复合材料；对聚合物/碳复合材料进行抽滤，再用水和乙醇洗涤，除去聚合物/碳复合材料中的F127胶束，得到多孔聚合物/碳复合材料。本发明专利技术的方法原料来源广泛，环境友好，可持续性强，可实现规模化生产。得到的多孔聚合物/碳复合材料表面有丰富的孔道，在催化、储能和转化、生物医学以及传感等领域具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
多孔聚合物/碳复合材料及其超组装方法
本专利技术属于复合材料领域，具体涉及一种多孔聚合物/碳复合材料及其超组装方法。
技术介绍
核壳结构复合材料以其独特的性能和广泛的应用受到了广泛的关注。核壳结构复合材料中具有可调组成和多孔结构的功能框架是其高性能的关键各种应用。在这些复合材料中，除了基于方法的成熟的二氧化硅壳复合材料外，功能聚合物涂层碳材料由于在催化、储能和转化、生物医学、传感等领域具有广阔的应用前景，近年来受到了广泛的研究等等。例如，科学家制备了聚(3-己基噻吩)-碳纳米管复合材料，根据化学计量学可以显示正或负的塞贝克系数。另外有科学家提出了聚合物-碳填料复合材料，该材料在可拉伸水性锂离子二次电池中具有优异的倍率性能和良好的容量保持能力。报道了一种聚(烷基钴肟)/碳纳米管电极，该电极在惰性和好氧条件下，在接近中性的pH溶液中表现出很高的析氢活性。然而，大多数表面聚合物是光滑的，没有纳米多孔结构，进而导致其比表面积较低、可接触位点较少、吸附能力较低等缺点；而且，这些方法通常不仅涉及多个耗时的步骤还有有毒的有机化学物质。因此，以一种简单而可持续的方式将具有明确多孔结构的功能性聚合物包覆于其他材料表面，以使活性表面最大化仍然是一个问题。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种多孔聚合物/碳复合材料及其超组装方法。本专利技术提供了一种多孔聚合物/碳复合材料的超组装方法，具有这样的特征，包括如下步骤：步骤1，将浓度为1.2mol/L-5.2mol/L的酸溶液、木糖及F127加入聚四氟乙烯容器中搅拌，得到F127胶束；步骤2，木糖与F127胶束结合，经反应得到F127/木糖低聚物胶束；步骤3，步骤2反应结束后，将碳材料加入到聚四氟乙烯容器中，再将聚四氟乙烯容器放入不锈钢热水釜中进行水热反应，F127/木糖低聚物胶束吸附在碳材料表面进行超组装，得到聚合物/碳复合材料；步骤4，对聚合物/碳复合材料进行抽滤，再用水和乙醇洗涤，除去聚合物/碳复合材料中的F127胶束，得到多孔聚合物/碳复合材料，其中，在步骤1中，木糖、F127与碳材料的质量比为1-2：2-4：0.05-1，酸溶液与木糖的比值为50ml-70ml:1.5g。在本专利技术提供的多孔聚合物/碳复合材料的超组装方法中，还可以具有这样的特征，其中，酸溶液为硫酸溶液或盐酸溶液。在本专利技术提供的多孔聚合物/碳复合材料的超组装方法中，还可以具有这样的特征，其中，硫酸溶液浓度为1.5mol/L-1.6mol/L，F127/低聚物胶束呈圆柱形。在本专利技术提供的多孔聚合物/碳复合材料的超组装方法中，还具有这样的特征，其中，硫酸溶液浓度为2.45mol/L-2.6mol/L，F127/低聚物胶束呈球形。在本专利技术提供的多孔聚合物/碳复合材料的超组装方法中，还具有这样的特征，其中，盐酸溶液浓度为1.8mol/L-2.0mol/L，F127/低聚物胶束呈圆柱形。在本专利技术提供的多孔聚合物/碳复合材料的超组装方法中，还具有这样的特征，其中，盐酸溶液浓度为4.8mol/L-5.2mol/L，F127/低聚物胶束呈球形。在本专利技术提供的多孔聚合物/碳复合材料的超组装方法中，还具有这样的特征，其中，碳材料为碳纳米管、碳纤维、石墨烯、氧化石墨烯、碳球、碳瓶、碳碗或碳布中的任意一种。在本专利技术提供的多孔聚合物/碳复合材料的超组装方法中，还具有这样的特征，其中，在步骤3中，水热反应的温度为130℃-160℃，反应时间为2h-24h。本专利技术还提供了一种多孔聚合物/碳复合材料，可以是用上述多孔聚合物/碳复合材料的超组装方法制得。专利技术的作用与效果根据本专利技术所涉及的多孔聚合物/碳复合材料的超组装方法，将浓度为1.2mol/L-5.2mol/L的酸溶液、木糖及F127加入聚四氟乙烯容器中搅拌，木糖与F127胶束结合后，反应生成F127/木糖低聚物胶束，再将碳材料加入聚四氟乙烯容器中，然后将聚四氟乙烯容器放入不锈钢热水釜中进行水热反应，F127/低聚物胶束吸附在碳材料表面进行超组装，得到聚合物/碳复合材料，最后用水和乙醇对聚合物/炭复合材料充分洗涤抽滤，除去F127胶束，得到多孔聚合物/碳复合材料。本专利技术中木糖、F127与碳材料的质量比为1-2：2-4：0.05-1，使得反应达到最优效果，从而得到形貌良好的多孔聚合物/碳复合材料。酸溶液与木糖的投料比为50ml-70ml:1.5g，使得反应能够顺利进行，得到多孔聚合物/碳复合材料。此外，本专利技术所得的多孔聚合物/碳复合材料外部具有一层10数纳米的多孔聚合物层，多孔聚合物/碳复合材料表面具有丰富的孔道，且能够保持原始碳材料的形貌，从而使得到的多孔聚合物/碳复合材料能够兼具碳材料以及多孔聚合物的优势。综上，本专利技术所提供的多孔聚合物/碳复合材料的超组装方法，原料来源广泛，环境友好，可持续性强，可实现规模化生产，得到的多孔聚合物/碳复合材料表面具有丰富的孔道，因而在催化、储能和转化、生物医学和传感等领域的应用具有广阔前景。附图说明图1是本专利技术的实施例1、2所用碳瓶材料的扫描电镜图(SEM)图；图2是本专利技术的实施例1、2所用碳瓶材料的透射电镜图(TEM)图；图3是本专利技术的实施例1得到的多孔聚合物/碳复合材料的SEM图；图4是本专利技术的实施例1得到的多孔聚合物/碳复合材料的TEM图；图5是本专利技术的实施例2得到的多孔聚合物/碳复合材料的SEM图；图6是本专利技术的实施例2得到的多孔聚合物/碳复合材料的TEM图；图7是本专利技术的实施例3、4所用碳布材料的照片；图8是本专利技术的实施例3、4所用碳布材料的高放大倍数SEM图；图9是本专利技术的实施例3得到的多孔聚合物/碳复合材料的照片；图10是本专利技术的实施例3得到的多孔聚合物/碳复合材料的高放大倍数SEM图；图11是本专利技术的实施例4得到的多孔聚合物/碳复合材料的照片；图12是本专利技术的实施例4得到的多孔聚合物/碳复合材料的高放大倍数SEM图；图13是本专利技术的实施例5所用碳纳米管材料的TEM图；图14是本专利技术的实施例5得到的多孔聚合物/碳复合材料的TEM图；图15是本专利技术的实施例6所用氧化石墨烯材料的TEM图；图16是本专利技术的实施例6得到的多孔聚合物/碳复合材料的TEM图；图17是本专利技术的实施例7所用碳球材料的SEM图；图18是本专利技术的实施例7得到的多孔聚合物/碳复合材料的SEM图。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本专利技术多孔聚合物/碳复合材料及其超组装方法作具体阐述。本专利技术的实施例中，除实验室自制材料外，其余试剂和原料均通过市售途径购买得到。木糖的CAS号为58-86-6，购买于Aladdin公司，货号为X101009-500g；F127购买于Sigma-Aldrich公司本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多孔聚合物/碳复合材料的超组装方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1，将浓度为1.2mol/L-5.2mol/L的酸溶液、木糖及F127加入聚四氟乙烯容器中搅拌，得到F127胶束；/n步骤2，所述木糖与所述F127胶束结合，经反应得到F127/木糖低聚物胶束；/n步骤3，步骤2反应结束后，将碳材料加入到所述聚四氟乙烯容器中，再将所述聚四氟乙烯容器放入不锈钢热水釜中进行水热反应，所述F127/木糖低聚物胶束吸附在所述碳材料表面进行超组装，得到聚合物/碳复合材料；/n步骤4，对所述聚合物/碳复合材料进行抽滤，再用水和乙醇洗涤，除去所述聚合物/碳复合材料中的所述F127胶束，得到多孔聚合物/碳复合材料，/n其中，在步骤1中，所述木糖、所述F127与所述碳材料的质量比为1-2：2-4：0.05-1，/n所述酸溶液与所述木糖的比值为50ml-70ml:1.5g。/n

【技术特征摘要】
1.一种多孔聚合物/碳复合材料的超组装方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，将浓度为1.2mol/L-5.2mol/L的酸溶液、木糖及F127加入聚四氟乙烯容器中搅拌，得到F127胶束；
步骤2，所述木糖与所述F127胶束结合，经反应得到F127/木糖低聚物胶束；
步骤3，步骤2反应结束后，将碳材料加入到所述聚四氟乙烯容器中，再将所述聚四氟乙烯容器放入不锈钢热水釜中进行水热反应，所述F127/木糖低聚物胶束吸附在所述碳材料表面进行超组装，得到聚合物/碳复合材料；
步骤4，对所述聚合物/碳复合材料进行抽滤，再用水和乙醇洗涤，除去所述聚合物/碳复合材料中的所述F127胶束，得到多孔聚合物/碳复合材料，
其中，在步骤1中，所述木糖、所述F127与所述碳材料的质量比为1-2：2-4：0.05-1，
所述酸溶液与所述木糖的比值为50ml-70ml:1.5g。


2.根据权利要求1所述的多孔聚合物/碳复合材料的超组装方法，其特征在于：
其中，所述酸溶液为硫酸溶液或盐酸溶液。


3.根据权利要求2所述的多孔聚合物/碳复合材料的超组装方法，其特征在于：
其中，所述硫酸溶液浓度为1.5mol/L-1.6mol/L，所述F127/木糖低聚物胶束呈圆...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔彪，谢磊，曾洁，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海;31