微孔碳材料及其形成方法技术

一种微孔碳材料的形成方法包括，结合固体形式的碳前体和固体形式的活化反应剂，以形成混合物，球磨所述混合物以形成一种复合物，并在球磨之后，同时活化和碳化所述复合物以形成所述微孔碳材料。所述微孔碳材料包括所述固体形式的碳前体和所述固体形式的活化反应剂的反应产物。所述微孔碳材料限定了许多微孔、许多中孔和许多大孔，其中所述微孔碳材料中的所述许多微孔的存在量为大于或等于约90体积份，基于100体积份的所述微孔碳材料计算。所述微孔碳材料的表面积为约1400-3400平方米/克。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及一种微孔碳材料和形成这种微孔碳材料的方法。
技术介绍
储氢是用到氢气的应用经常需要的。例如，某些应用(如气体净化和分离、气体捕集、催化作用、用于燃料电池和超电容器(super capacitor)的电极，和气体存储)需要氢气被储存在适于吸附和释放氢的储氢介质中。一类储氢介质，多孔碳材料，例如活性炭、中孔 W<. (mesoporous carbon)、多子L碳纤维禾口碳化物^ 生碳(carbide -derived carbon),适用于需要稳定而经济储氢的商业和工业应用。
技术实现思路
一种形成微孔碳材料的方法包括结合固体形式的碳前体和固体形式的活化反应剂以形成混合物。所述方法还包括球磨所述混合物以形成一种复合物，并在球磨之后，同时活化和碳化所述复合物以形成所述微孔碳材料。在另一个变体中，所述方法包括结合固体形式的酚醛树脂聚合物和固体形式的氢氧化钾，按照氢氧化钾与酚醛树脂聚合物的重量比为约4:1，以形成混合物。所述方法还包括球磨固体形式的所述混合物约60分钟，以便由此基本上均勻地将所述固体形式的氢氧化钾分散在所述固体形式的酚醛树脂聚合物中，以形成复合物。在球磨之后，所述方法包括在约700°C温度下同时活化和碳化所述复合物约3-6小时，以形成微孔碳材料，其中所述微孔碳材料的表面积为大于约3000-3400平方米/克。一种微孔碳材料，其包括固体形式的碳前体和固体形式的活化反应剂的反应产物。所述微孔碳材料限定各自具有小于约2nm的宽度的许多微孔、各自具有约2-50nm的宽度的许多中孔(mesopore)和各自具有大于约50nm的宽度的许多大孔(macropore)。所述微孔碳材料中的所述许多微孔的存在量为大于或等于约90体积份，基于100体积份的所述微孔碳材料计算。另外，所述微孔碳材料的表面积为约1400-3400平方米/克。所述微孔碳材料展现出优异的表面积和基本上均勻的微孔孔径分布。另外，所述微孔碳材料可以相对有效和经济地制备，例如通过所述方法制备。也就是说，所述方法有效和经济地使微孔碳材料的生产最大化。另外，因为所述微孔碳材料是化学和物理稳定的，所以所述微孔碳材料适用于需要容易处理的多种应用。从以下结合附图而对实施本专利技术的最佳方式的详细说明，本专利技术的上述特性和优点及其它特性和优点将更明显。具体地说，本专利技术涉及以下内容1. 一种形成微孔碳材料的方法，所述方法包括 结合固体形式的碳前体和固体形式的活化反应剂，以形成混合物； 球磨所述混合物以形成复合物；和在球磨之后，同时活化和碳化所述复合物以形成所述微孔碳材料。2.第1项的方法，还包括控制所述微孔碳材料的表面积为约1400-3400平方米/克。3.第2项的方法，还包括通过控制球磨时间来控制所述微孔碳材料的表面积。4.第3项的方法，其中所述球磨时间为约15-120分钟。5.第1项的方法，其中球磨基本上均勻地将所述固体形式的活化反应剂分散在所述固体形式的碳前体中，以形成所述复合物。6.第1项的方法，其中球磨将所述碳前体的平均颗粒大小降低到小于或等于约 100微米。7.第2项的方法，还包括通过控制所述活化反应剂和所述碳前体的重量比来控制所述微孔碳材料的表面积。8.第1项的方法，其中结合按照活化反应剂和碳前体的重量比为约0. 5:1-6:1混合所述活化反应剂和所述碳前体。9.第2项的方法，还包括通过控制同时活化和碳化的温度来控制所述微孔碳材料的表面积。10.第2项的方法，还包括通过控制同时活化和碳化的时间来控制所述微孔碳材料的表面积。11.第1项的方法，其中同时活化和碳化所述复合物加热所述复合物到约 500-900°C的温度约0. 5-8小时。12.第1项的方法，其中同时活化和碳化限定了所述微孔碳材料的各自具有小于约2nm宽度的许多微孔、各自具有约2-50nm宽度的许多中孔和各自具有大于约50nm宽度的许多大孔，使得所述微孔碳材料中的所述许多微孔的存在量为大于或等于约90体积份， 基于100体积份的所述微孔碳材料计算。13.第1项的方法，还包括在结合以前制备所述固体形式的碳前体，其中制备定义为使苯酚和甲醛在水溶液中在催化剂存在下反应以形成酚醛树脂低聚物，并洗涤和干燥所述酚醛树脂低聚物以形成酚醛树脂聚合物。14.第1项的方法，所述固体形式的活化反应剂选自氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钾、碳酸钠及其组合。15.第1项的方法，还包括在同时活化和碳化所述复合物之后提纯所述微孔碳材料。16. 一种形成微孔碳材料的方法，所述方法包括按照氢氧化钾和酚醛树脂聚合物的重量比为约4:1来结合固体形式的酚醛树脂聚合物和固体形式的氢氧化钾，以形成混合物；球磨固体形式的所述混合物约60分钟，由此基本上均勻地将所述固体形式的氢氧化钾分散在所述固体形式的酚醛树脂聚合物中，以形成复合物；和在球磨之后，在约700°C的温度下同时活化和碳化所述复合物约3-6小时，以形成所述微孔碳材料，其中所述微孔碳材料的表面积为大于约3000平方米/克-约3400平方米/ 克。17. 一种微孔碳材料，其包括以下物质的反应产物 固体形式的碳前体；和固体形式的活化反应剂；其中所述微孔碳材料限定各自具有小于约2nm宽度的许多微孔、各自具有约2-50nm宽度的许多中孔和各自具有大于约50nm宽度的许多大孔；其中所述微孔碳材料中的所述许多微孔的存在量为大于或等于约90体积份，基于100 体积份的所述微孔碳材料计算；和其中所述微孔碳材料的表面积为约1400-3400平方米/克。18.第17项的微孔碳材料，其中所述微孔碳材料在小于或等于约35巴压力下和在约77K温度下的过量氢吸附容量为约3. 6-6. 0重量份，基于100重量份的氢计算。19.第17项的微孔碳材料，其中所述碳前体是酚醛树脂聚合物。20.第17项的微孔碳材料，其中所述活化反应剂是氢氧化钾。附图说明图1是形成微孔碳材料的方法的示意流程图2是表示根据图1方法通过按照各种重量比结合活化反应剂和碳前体形成的微孔碳材料的氮吸附和相对压力之间关系的图3是表示由图1方法形成的微孔碳材料的Brunauer，Emmett and Teller (BET)表面积与活化反应剂和碳前体重量比之间关系的图4是表示由图1方法形成的微孔碳材料的BET表面积、孔体积和平均孔宽度之间关系的图5是表示由图1方法形成的微孔碳材料的BET表面积和同时活化和碳化的时间之间的关系的图6是表示由图1方法形成的微孔碳材料的BET表面积和同时活化和碳化的温度之间的关系的图7是表示由图1方法形成的微孔碳材料的BET表面积和球磨时间之间关系的图； 图8是表示由图1方法形成的微孔碳材料的过量氢吸附容量(excess hydrogen adsorption capacity)和压力之间关系的图；和图9是表示由图1方法形成的微孔碳材料的过量氢吸附容量和BET表面积之间关系的图。具体实施例方式在此描述一种微孔碳材料和一种形成所述微孔碳材料的方法。所述微孔碳材料和所述方法适用于需要储氢介质的应用，例如机动车应用，如燃料储存和燃料电池和电池电极。然而，所述微孔碳材料和方法也适用于非机动车应用，例如，但不限于，催化作用、气体净化和分离、气体捕集、吸收剂和用于超电容器的电极。另外，所述微孔碳材料具有极高的表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种形成微孔碳材料的方法，所述方法包括：结合固体形式的碳前体和固体形式的活化反应剂，以形成混合物；球磨所述混合物以形成复合物；和在球磨之后，同时活化和碳化所述复合物以形成所述微孔碳材料。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：GP梅斯纳，Q胡，
申请(专利权)人：GP梅斯纳，Q胡，
类型：发明
国别省市：US