【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及碳材料领域，具体涉及一种多孔碳微纳米球材料及其制备方法与应用。
技术介绍
1、多孔碳材料比表面积高、化学性质稳定、导电性好，广泛应用于吸附、催化、电极及储能领域。可通过前驱体(比如生物质，聚合物，有机试剂，等)与助剂在高温炉中煅烧，得到具有不同孔结构的碳材料，制备方法简单、适用性广。此外，在有机物中引入模板物质(如二氧化硅，盐，有机物等)，在碳化后再去除模板物质，从而得到骨架中含有特定孔结构的碳材料。
2、然而，目前方法制备的碳材料形态不一、孔结构多分散，影响应用过程中的构效关系和性能研究。目前规则形态的碳材料主要通过热裂解规则形态的前驱体材料获得。高温碳化金属-有机框架材料(mof)材料、聚合物微纳米球材料是制备具有特定形貌和有序孔结构碳材料的有效方法。
3、公告号为cn111056545a的专利文献公开了一种mofs衍生的中空多孔碳微球的制备方法，包括：金属氧化物(mox)微球的制备及表面羧基化，mox微球表面逐层生长mofs获得mox@mofs核-壳结构复合材料，将mox@mofs浸渍有机小分子交联剂，然后交联、碳化，最后通过酸洗或碱洗，最终制得中空多孔碳微球。该方法采用mof材料为原料，碳材料制备工艺复杂且成本高，在制备过程中需要酸洗去除金属物质，该方法获得的碳材料还通常存在颗粒聚并的现象。
4、期刊journal of materials chemistry a(2021)，第9卷，第8435-8443页“minimization of ion transport re
5、综上，目前在碳材料研制中，分散度高、形态均一、掺杂丰富且可控的高机械性能的多孔碳材料的简单高效制备还存在瓶颈。
技术实现思路
1、为了解决现有技术问题，本专利技术提供了一种多孔碳微纳米球材料的制备方法，该方法先通过一锅一步反应制备聚合物微纳米球材料，之后将上述聚合物材料煅烧、活化制备多孔碳微纳米球材料，制备方法简单易操作，且制备的聚合物微纳米球材料碳颗粒团聚轻、碳球骨架稳定、碳球组成可调控。
2、一种多孔碳微纳米球材料的制备方法，包括以下步骤：
3、(1)将有机物单体与四氟对苯二腈溶于溶剂中，得到混合溶液，其中，所述的有机物单体为咪唑类单体或苯胺类单体；
4、(2)将混合溶液加热进行聚合反应，待反应结束后，将所得反应混合物离心、洗涤、分离、干燥，得到所述的交联聚合物微纳米球材料；
5、(3)惰性气氛下，将步骤(2)得到的交联聚合物微纳米球材料进行煅烧；
6、(4)向步骤(3)得到的产物中加入活化剂，惰性气氛下煅烧，煅烧结束后将所得产物进行洗涤、分离、干燥，得到所述的多孔碳微纳米球材料。
7、本专利技术采用咪唑类单体或苯胺类单体与四氟对苯二腈进行交联反应，咪唑类、苯胺类单体上的活性氢容易和强吸电子取代的四氟对苯二腈上的氟发生结合并脱除hf形成偶联结构；偶联分子结构上的氰基在高温作用下发生部分水解产生酰胺结构，能够进一步发生分子间的偶联；在水热条件下，分子运动、接触和反应概率与周围分子类似，最终形成分子骨架含丰富杂原子和五环/芳环共轭结构且颗粒大小相似的球形聚合物材料，之后采用高温煅烧、活化的方式制备碳杂化材料。
8、优选地，步骤(1)中，所述的咪唑类单体为咪唑、2-甲基咪唑或2-甲基苯并咪唑中的一种。
9、优选地，步骤(1)中，所述的苯胺类单体为间苯二胺或1,2,4,5-苯四胺四盐酸盐中的一种。
10、优选地，步骤(1)中，所述的有机物单体与四氟对苯二腈的摩尔比为0.2～4:1。
11、优选地，步骤(1)中，所述的溶剂为水、乙腈或乙醇中的一种或多种。
12、优选地，步骤(2)中，所述的聚合反应温度为140～200℃，时间为0.5～12h。
13、优选地，步骤(3)和步骤(4)中，所述的煅烧方法为：以2～30℃/min的速率升温至650～900℃，保温煅烧0～2h。
14、优选地，步骤(4)中，所述的活化剂为氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钾或草酸钾中的一种。
15、优选地，步骤(4)中，所述的交联聚合物微纳米球材料与活化剂的质量比为1:1～4。
16、优选地，在步骤(2)之前，还包括向步骤(1)得到的混合溶液中滴加金属盐的溶液。
17、在碳基有机材料高温热解过程中，金属元素能够提供空轨道或电子，有利于降低反应能垒，使得脱氢、脱氮、脱氧、芳构化等反应更容易进行，继而可以增加多环芳烃的产量、促进焦化和碳化。相应的，金属元素的用量可以起到骨架中元素组成的调控。同时，热解后金属被碳骨架包覆，具有良好的导电界面，有助于后期在储能应用中提供赝电容。
18、优选地，所述的金属盐为氯化铁、氯化钴、氯化镍、氯化钌、四氯铂酸钾或四氯钯酸钾中的一种。
19、优选地，所述的金属盐的用量为有机物单体与四氟对苯二腈总质量的0.01～5％。
20、本专利技术还提供了由上述制备方法制备得到的多孔碳微纳米球材料。该多孔微纳米碳材料颗粒均匀、体积密度大、机械强度高、化学性质稳定、比表面积高、掺杂元素丰富且分布均匀。
21、优选的，所述的多孔碳微纳米球材料的粒径为0.4～10μm。
22、本专利技术还提供了所述的多孔碳微纳米球材料在制备电容器储能材料或电催化材料中的应用。本专利技术的多孔碳微纳米球材料颗粒均匀、体积密度大、机械强度高、化学性质稳定、比表面积高、掺杂元素丰富且分布均匀，作为活性材料在电容器储能以及电催化方面具有很大的应用潜能。
23、相比于现有技术，本专利技术至少具备以下有益效果：
24、(1)本专利技术先通过一锅一步反应制备聚合物微纳米球材料，之后将上述聚合物材料煅烧、活化制备多孔碳微纳米球材料，制备方法简单易操作，且制备的聚合物微纳米球材料碳颗粒团聚轻、碳球骨架稳定、碳球组成可调控。
25、(2)本专利技术制备的多孔微纳米碳材料颗粒均匀、体积密度大、机械强度高、化学性质稳定、比表面积高、掺杂元素丰富且分布均匀，作为活性材料在电容器储能以及电催化方面具有广阔的应用前景。
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1.一种多孔碳微纳米球材料的制备方法，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的咪唑类单体为咪唑、2-甲基咪唑或2-甲基苯并咪唑中的一种；所述的苯胺类单体为间苯二胺或1,2,4,5-苯四胺四盐酸盐中的一种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的有机物单体与四氟对苯二腈的摩尔比为0.2～4:1。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的聚合反应温度为140～200℃，时间为0.5～12h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)和步骤(4)中，所述的煅烧方法为：以2～30℃/min的速率升温至650～900℃，保温煅烧0～2h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述的活化剂为氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钾或草酸钾中的一种。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述的交联聚合物微纳米球材料与活化剂的质量比为1:1～4。
8.根据权利要求1所述
9.根据权利要求1-8中任一项所述的制备方法制备得到的多孔碳微纳米球材料。
10.根据权利要求9所述的多孔碳微纳米球材料在制备电容器储能材料或电催化材料中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种多孔碳微纳米球材料的制备方法，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的咪唑类单体为咪唑、2-甲基咪唑或2-甲基苯并咪唑中的一种；所述的苯胺类单体为间苯二胺或1,2,4,5-苯四胺四盐酸盐中的一种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的有机物单体与四氟对苯二腈的摩尔比为0.2～4:1。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的聚合反应温度为140～200℃，时间为0.5～12h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)和步骤(4)中，所述的煅烧方法为：以2～30℃...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄凌琪，盛仲夷，刘赫扬，顾子龙，童德，
申请(专利权)人：浙江科技学院，
类型：发明
国别省市：
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