一种多孔材料、其制备方法和应用技术

本申请公开了一种多孔材料、其制备方法和应用，多孔材料包含空心碳球。根据本申请制备方法制备得到的多孔材料的孔径是由微孔、介孔和大孔梯度分布的多孔结构，其具有高的比表面积、比表面积有效利用率、孔体积以及离子扩散率；重要的是材料具有高的电子电导率。将其应用于超级电容器和锂硫电池中，可以得到较高的放电比容量和倍率性能。

【技术实现步骤摘要】
一种多孔材料、其制备方法和应用
本申请属于碳球
，具体涉及一种多孔材料、其制备方法和应用。
技术介绍
空心碳球是指空心结构的碳粒子的微米甚至纳米尺寸和相应的薄壳，现有制备空心碳球的主要方法有软模板(软模板法和硬模板法)和自组装法，常用的制备方法为模板法，模板法指的是在预先制备好的模板颗粒上形成聚合物壳，然后将模板去除，留下空心聚合物微囊而获得具有中空结构的聚合物微球。现有技术中制备得到的空心碳球的孔径一般为几百至一千纳米，而且空心碳球的壁厚较大，分布不均匀；最重要的是目前合成制备的空心碳球间都是彼此孤立存在的，球与球间具有较大的界面电阻，即材料的电子电导率低。
技术实现思路
针对上述问题，本申请提供了一种多孔材料，根据本申请制备方法制备得到由微孔(d<2nm)、介孔(2<d<25nm)和大孔构成的孔径梯度分布的多孔空心碳球，以及球与球间相互连接且具有较大接触面积的一体三维蜂窝状的多孔空心碳球，其不仅具有高的比表面积、比表面积有效利用率、孔体积和高的离子扩散率，重要的是具有高的电子电导率；将其应用于超级电容器和锂硫电池中，可以得到较高的放电比容量和超高的倍率性能。本申请提供了一种多孔材料，所述多孔材料为蜂窝状多级孔结构的多级孔材料；所述多孔材料是球与球间相互连接，且具有较大接触面积的一体三维蜂窝状多孔空心碳球结构。可选地，本申请提供的多孔材料，包含空心碳球。可选地，所述多孔材料中至少两个空心碳球的球壁相互连接，或任意两个空心碳球的球壁不接触。可选地，所述多孔材料的孔径为1～100nm。优选地，所述多孔材料的孔径为2～50nm。可选地，所述多孔材料具有多级孔结构；所述多孔材料包括微孔、介孔和大孔；其中，所述微孔的孔径小于2nm，所述介孔孔径为2～25nm。可选地，所述多孔材料具有微孔结构。可选地，所述多孔材料具有多级孔结构，包括微孔、介孔和大孔。可选地，所述多孔材料为蜂窝状结构的多孔空心碳球；单个所述空心碳球的球壁厚度为3～100nm。可选地，所述空心碳球的孔容为0.4～1.0m3g-1；比表面积为100～1500m2g-1。优选地，单个所述空心碳球的球壁厚度为5～30nm。可选地，所述方法至少包括以下步骤：将树脂单体、甲醛加入到含有模板的悬浮液中，反应，得到复合前驱体；然后进行碳化，去除模板，得到所述多孔空心碳球；所述树脂单体选自对苯二酚、对氨基苯酚、对苯二胺、邻苯二酚、邻苯二胺、邻氨基苯酚、间苯二胺、间苯二酚、间氨基苯酚中的至少一种。可选地，所述方法至少包括以下步骤：将含有树脂单体、甲醛、模板的混合物，反应，得到复合前驱体；然后进行碳化，去除模板，得到所述多级孔材料。可选地，所述方法至少包括：(1)将碱性催化剂、树脂单体、表面活性剂加入到悬浮液A中，得到溶液A；(2)将甲醛加入到所述溶液A中，反应，得到复合前驱体；(3)将所述复合前驱体进行碳化，去除模板，得到所述多孔材料；所述悬浮液A包括模板和溶剂；所述多孔材料具有多级孔结构；其中，任意两个空心碳球的球壁不接触。可选地，所述方法至少包括：(1)将树脂单体、甲醛加入到悬浮液B中，反应，得到复合前驱体；(2)将所述复合前驱体进行碳化，去除模板，得到所述多孔材料；所述悬浮液B包括模板、碱性催化剂和溶剂；所述多孔材料具有微孔结构；其中，任意两个空心碳球的球壁不接触；或其中，所述多孔材料中至少两个空心碳球的球壁相互连接。可选地，所述方法包括：(1)将树脂单体、甲醛加入到悬浮液C中，反应，得到复合前驱体；(2)将所述复合前驱体进行碳化，去除模板，得到所述多孔材料；所述悬浮液C包括碱性催化剂、表面活性剂、溶剂和模板；所述多孔材料具有多级孔结构；其中，所述多孔材料中至少两个空心碳球的球壁相互连接；所述多孔材料具有多级孔结构；其中，所述多孔材料为蜂窝状结构的多孔空心碳球。可选地，所述方法包括：(1)将树脂单体、表面活性剂、模板加入到含有碱性催化剂的溶液中，得到溶液B；(2)将甲醛加入到所述溶液B中，反应得到复合前驱体；(3)将所述复合前驱体进行碳化，去除模板，得到所述多级孔材料。所述多孔材料具有多级孔结构；其中，所述多孔材料中至少两个空心碳球的球壁相互连接。可选地，所述溶剂为水和醇的混合液，所述醇选自乙醇、丙醇、丁醇中的至少一种；所述醇和水的体积比为1：10～20：1。优选地，所述醇和水的体积比为1:7～4:1。可选地，所述表面活性剂选自阳离子表面活性剂、F127中的至少一种。优选地，所述表面活性剂选自阳离子表面活性剂，所述阳离子表面活性剂包括三乙烯四胺、十六胺、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵中的至少一种。优选地，所述模板为球形模板；所述球形模板选自二氧化硅、聚苯乙烯中的至少一种。优选地，所述悬浮液中模板的含量为1～50g/L；优选地，所述悬浮液中模板的质量含量为5～20g/L。优选地，所述悬浮液中氨水含量为0.01％～10％。优选地，所述树脂单体和模板的质量比为1：6～5：2。优选地，所述树脂单体和模板的质量比为1：5～2：3。优选地，所述甲醛与所述树脂单体的摩尔比为1:1～3:1。可选地，所述碳化处理的条件为：碳化处理温度为400～1000℃；碳化处理时间为1～20h；可选地，所述碳化处理温度上限选自1000℃、950℃、900℃、850℃、800℃、750℃、700℃、650℃、600℃、550℃、500℃、450℃，下限选自400℃、450℃、500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃、900℃、950℃。可选地，所述碳化处理时间上限选自20h、18h、16h、14h、12h、10h、8h、6h、4h、2h，下限选自1h、2h、4h、6h、8h、10h、12h、14h、16h、18h。所述碳化处理的气氛为非活性气体；所述非活性气体包括氮气、氦气、氩气中的至少一种；优选地，所述反应为阶段聚合，包括第一聚合反应和第二聚合反应；所述第一聚合反应的条件为：第一聚合反应温度为35℃～80℃，第一聚合反应时间为8h～24h；所述第二聚合反应的条件为：第二聚合反应温度为80～140℃；第二聚合反应时间为2～30h；所述第二聚合反应为水热聚合反应；可选地，所述第二聚合反应温度上限选自140℃、130℃、120℃、110℃、100℃、90℃，下限选自80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃。可选地，所述第二聚合反应时间上限选自30h、28h、26h、24h、22h、20h、18h、16h、14h、12h、10h、8h、6h、4h，下限选自2h、4h、6h、8h、10h、12h、14h、16h、18h、20h、22h、24本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多孔材料，其特征在于，所述多孔材料包含空心碳球。/n

【技术特征摘要】
1.一种多孔材料，其特征在于，所述多孔材料包含空心碳球。


2.根据权利要求1所述的多孔材料，其特征在于，所述多孔材料中至少两个空心碳球的球壁相互连接，或
任意两个空心碳球的球壁不接触。


3.根据权利要求1所述的多孔材料，其特征在于，所述多孔材料的孔径为1～100nm；
优选地，所述多孔材料的孔径为2～50nm。


4.根据权利要求1所述的多孔材料，其特征在于，所述多孔材料具有多级孔结构；所述多孔材料包括微孔、介孔和大孔；
其中，所述微孔的孔径小于2nm，所述介孔孔径为2～25nm。


5.根据权利要求1所述的多孔材料，其特征在于，所述多孔材料为蜂窝状结构的多孔空心碳球；
单个所述空心碳球的球壁厚度为3～100nm；
所述空心碳球的孔容为0.4～1.0m3g-1；比表面积为100～1500m2g-1；
优选地，单个所述空心碳球的球壁厚度为5～30nm。


6.权利要求1至5任一项所述的多孔材料的制备方法，其特征在于，所述方法至少包括以下步骤：
将树脂单体、甲醛加入到含有模板的悬浮液中，反应，得到复合前驱体；然后进行碳化，去除模板，得到所述多孔空心碳球；
所述树脂单体选自对苯二酚、对氨基苯酚、对苯二胺、邻苯二酚、邻苯二胺、邻氨基苯酚、间苯二胺、间苯二酚、间氨基苯酚中的至少一种。


7.根据权利要求6所述的多孔材料的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂选自阳离子表面活性剂、F127中的至少一种；
优选地，所述表面活性剂选自阳离子表面活性剂，所述阳离子表面活性剂包括三乙烯四胺、十六胺、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵中的至少一种；
优选地，所述模板为球形...

【专利技术属性】
技术研发人员：张易宁，程健，张祥昕，林俊鸿，陈素晶，陈远强，苗小飞，刘永川，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：福建;35