一种介孔多层螺旋状手性氮掺杂碳纳米球及其制备方法及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种介孔多层螺旋状手性氮掺杂碳纳米球及其制备方法及其制备方法与应用，利用盐酸多巴胺为碳源和氮源，两亲性三嵌段共聚物PEO

【技术实现步骤摘要】
一种介孔多层螺旋状手性氮掺杂碳纳米球及其制备方法及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及多孔材料
，具体涉及一种介孔多层螺旋状手性氮掺杂碳纳米球及其制备方法及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池作为一种已经商业化的电池，具有放电电压平稳、高能量密度、长循环寿命、高电压、工作温度范围广、自放电低等优点，目前已经被广泛应用于生产生活的各个方面(包括便携式电子设备、航空航天、混合动力及电动汽车、智能电网的规模能量储存)。但现有商业化的锂离子电池比容量有限、成本高，并不能满足人类日益增长的对能源的需求。因此寻找一种新形式的可充锂二次电池，使电池成本降低且有高能量密度，成为当务之急。在可充锂二次电池家族中，锂硫二次电池因其高理论容量(1672mA h g
‑1)和高比能量密度(2600W h kg
‑1)而备受关注。锂硫电池放电经历的是一个固体至液体再到固体的转化过程。这种复杂的相转变不同于其它的电池体系，使得锂硫电池的研究困难重重。科研工作者想到将硫磺与其他材料进行复合，来缓解硫正极现存的这些问题。而碳材料由于其高导电性与对硫的高吸附性而成为科研工作者广泛采用的锂硫电池正极载体材料，这主要是因为：1)碳材料在充放电过程中体积变化很小(石墨为9％)，可以缓冲硫磺的体积膨胀；2)碳材料还具有较高的库仑效率，较好的循环性能和较高的电导率，可以缓解硫磺循环性能差等缺点的影响；3)碳材料对多硫化物的吸附性优良，可以缓解其在电解液当中的溶解。其中，介孔碳材料由于孔道可调、比表面积大、孔容高、孔径尺寸均一，而被认为是制备新一代锂硫二次电池正极材料的理想选择。与活性炭等微孔材料相比，其孔径较大，表面更容易被电解液浸润，材料内部离子迁移阻力较小，其在锂硫二次电池上展现出的电化学性能更佳；与大孔碳等材料相比，其均一的孔径以及有序连接的孔道也更有利于电解液离子的快速传输。但是目前由于其在合成生产中使用的方法较复杂或者成本高，其大规模合成制备仍然受到限制。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种介孔多层螺旋状手性氮掺杂碳纳米球及其制备方法及其制备方法与应用，制备方法简单，易于控制。
[0004]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种介孔多层螺旋状手性氮掺杂碳纳米球的制备方法，利用盐酸多巴胺为碳源和氮源，两亲性三嵌段共聚物PEO
‑
PPO
‑
PEO为模板剂，甲基苯酚有机小分子为结构导向剂，甲基苯有机小分子为扩孔剂，无机碱为催化剂，醇和水的混合溶液为溶剂，首先制备出聚多巴胺纳米球，然后经过焙烧去除材料中的模板剂，同时聚多巴胺纳米球进行碳化，从而得到一种介孔多层螺旋状手性氮掺杂碳纳米球。
[0005]本专利技术方法简单，湿法制备，原料易得，适于放大生产，在分离、环境、能源、催化等众多领域具有广泛的应用前景。
[0006]优选地，所述的介孔多层螺旋状手性氮掺杂碳纳米球的制备方法，具体步骤如下：
[0007](1)首先将一定量的盐酸多巴胺、两亲性三嵌段共聚物PEO
‑
PPO
‑
PEO表面活性剂和甲基苯酚有机小分子结构导向剂加入到醇和水混合体系中，搅拌溶解，从而得到一种透明的溶液；
[0008](2)向步骤(1)制得的透明溶液中加入一定量的甲基苯有机小分子扩孔剂，搅拌后得到一种胶体溶液；
[0009](3)向步骤(2)制得的胶体溶液中加入一定量的无机碱物质，进一步反应后，经过离心洗涤得到一种具有介孔结构的多层螺旋状的手性纳米聚多巴胺纳米球；
[0010](4)将步骤(3)制得的聚多巴胺纳米球在惰性气氛中焙烧，最终得到一种介孔多层螺旋状手性氮掺杂碳纳米球。
[0011]优选地，所述的惰性气氛选自氮气或氩气。
[0012]优选地，步骤(3)反应温度为20～80℃。
[0013]优选地，所述的两亲性三嵌段共聚物PEO
‑
PPO
‑
PEO表面活性剂选自Pluronic P123(EO
20
PO
70
EO
20
)、Pluronic P103(EO
17
PO
56
EO
17
)、Pluronic P85(EO
26
PO
39
EO
26
)、Pluronic P65(EO
20
PO
30
EO
20
)、Pluronic L121(EO5PO
70
EO5)、Pluronic F127(EO
106
PO
70
EO
106
)、Pluronic F88(EO
100
PO
39
EO
100
)、Pluronic F98(EO
123
PO
47
EO
123
)、Pluronic F108(EO
132
PO
50
EO
132
)、B50
‑
6600(EO
39
BO
47
EO
39
)、B70
‑
4600(EO
15
BO
45
EO
15
)、B40
‑
1900(EO
13
BO
11
EO
13
)、B20
‑
3800(EO
34
BO
11
EO
34
)中的一种或几种。
[0014]优选地，所述的甲基苯有机小分子选自2，4，6
‑
三甲基苯酚、2，3，5
‑
三甲基苯酚、3，5
‑
二甲基苯酚、2，5
‑
二甲基苯酚、3，6
‑
二甲基苯酚、3
‑
甲基苯酚、苯酚中的一种或几种。
[0015]优选地，所述的甲基苯有机小分子选自二甲苯、均三甲苯、脂肪酸中的一种或几种。
[0016]优选的，所述的无机碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、乙二胺、氢氧化钙中的一种或几种。
[0017]优选地，所述的醇包括乙醇、乙二醇、丙三醇、甲醇、丁醇、戊醇中的一种或几种。
[0018]优选地，所述的焙烧温度范围为350
‑
1200℃，升温速度为0.5
‑
10℃/min，时间范围为1
‑
9h。
[0019]优选地，所述的碳源和表面活性剂质量比范围为1:0.2～1:10，碳源和有机小分子结构导向剂质量比范围为1:1～1:20，碳源和有机小分子扩孔剂质量比范围为1:1～1:20，表面活性剂的质量浓度为1.0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种介孔多层螺旋状手性氮掺杂碳纳米球的制备方法，其特征在于，利用盐酸多巴胺为碳源和氮源，两亲性三嵌段共聚物PEO
‑
PPO
‑
PEO为模板剂，甲基苯酚有机小分子为结构导向剂，甲基苯有机小分子为扩孔剂，无机碱为催化剂，醇和水的混合溶液为溶剂，首先制备出聚多巴胺纳米球，然后经过焙烧去除材料中的模板剂，同时聚多巴胺纳米球进行碳化，从而得到一种介孔多层螺旋状手性氮掺杂碳纳米球。2.根据权利要求1所述的介孔多层螺旋状手性氮掺杂碳纳米球的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)首先将一定量的盐酸多巴胺、两亲性三嵌段共聚物PEO
‑
PPO
‑
PEO表面活性剂和甲基苯酚有机小分子结构导向剂加入到醇和水混合体系中，搅拌溶解，从而得到一种透明的溶液；(2)向步骤(1)制得的透明溶液中加入一定量的甲基苯有机小分子扩孔剂，搅拌后得到一种胶体溶液；(3)向步骤(2)制得的胶体溶液中加入一定量的无机碱物质，进一步反应后，经过离心洗涤得到一种具有介孔结构的多层螺旋状的手性纳米聚多巴胺纳米球；(4)将步骤(3)制得的聚多巴胺纳米球在惰性气氛中焙烧，最终得到一种介孔多层螺旋状手性氮掺杂碳纳米球。3.根据权利要求1所述的介孔多层螺旋状手性氮掺杂碳纳米球的制备方法，其特征在于，所述的两亲性三嵌段共聚物PEO
‑
PPO
‑
PEO表面活性剂选自Pluronic P123、Pluronic P103、Pluronic P85、Pluronic P65、Pluronic L121、Pluronic F127、Pluronic F88、Pluronic F98、Pluronic F108、B50
‑
6600、B70
‑
4600、B40
‑
1900、B20
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3800中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的介孔多层螺旋状手性氮掺杂碳纳米球的制备方法，其特征在于，所述的甲基苯有机小分子选自2，4，6
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三甲基苯酚、2，3，5
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三甲基苯酚、3，5
‑
二甲基...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟，柳蒂，张威，赵东元，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：