[发明专利]一种有序介孔炭的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种有序介孔材料，特别涉及一种有序介孔炭的制备方法及其应用。

背景技术

有序介孔炭是一种新型的有序介孔材料，能满足作为锂离子电池负极材料所需的高的导电性、充放电效率高、结构稳定等要求，同时有序介孔炭高的比表面积、丰富的互相连通的中孔以及微量的微孔有利于锂离子的迁移。因此，在锂离子二次电池负极材料具有很广阔的应用前景。

目前，介孔炭的制备方法主要有催化活化法、有机凝胶炭化法以及最为常用的模板法。模板法又分为硬模板法和软模板法。软模板法利用有机超分子作为模板剂，炭化过程中模板的分解会造成炭壁失去支撑而引起塌陷。硬模板法又包括两步法和一步法。Jun等报道了以六方孔道结构的SBA-15作模板剂，蔗糖作为炭源，采用两步法合成出了具有六方结构的CNK-3有序介孔炭[Jun S et al,Synthesis of New Nanoporous Carbonwith Hexagonally Ordered mesostmcture，J.Am.Chem.Soc.2000：43:10712]。两步法中模板是预先合成好的，具有了特定的不可再随意更改的孔道特征。另外，导入炭前驱体等工艺也较为繁琐，这两点限制了两步法的应用。一步法相对来说省去了导入炭前驱体的步骤，工艺较为简单，并且，模板在炭前驱体自组装过程中同时生成，可以调控，所以应用的较为广泛。Beck等通过电镜与XRD的交叉对比提出了液晶模板机理[Beck J.S.et al,A new family of mesoporous molecular sieves prepared with liquid crystal templates.Am.Chem.Soc.,1992：27：10834]。Ting等以正硅酸乙酯（TEOS）作硅源、P123及蔗糖作炭源，利用溶胶凝胶工艺制得了有机/无机复合物，直接炭化除硅便得到了有序介孔炭，其比表面积达到了1089㎡/g[Ting.C et al,A one-pot route to synthesize highly ordered mesoporous carbons and silicas through organic-inorganic self-assembly of triblock copolymer,sucrose and silica.Microporous and Mesoporous Materials,2012:128:1]。Li等用有机-无机-表面活性剂三组分自组装的方法合成了一种有序介孔炭，并考察了其作为锂离子电池负极材料的电化学性能[Li.H et al，Electrochemical properties of an ordered mesoporous carbon prepared by direct tri-constituent co-assembly，Carbon,2007：13:2628]。人们发现，采用双表面活性剂体系制备有序介孔材料可以很好控制孔径大小、尺寸和有序度，具有制备工艺简单；产物有序度高、形貌可控；通过调节两种表面活性剂的比例还可能得到不同孔结构的材料等优势（Chen etal,Nonionic Block Copolymer and Anionic Mixed Surfactants Directed Synthesis of Highly Ordered Mesoporous Silica with Bicontinuous Cubic Structure,Chem.Mater.,2005:17:3228），但目前使用双表面活性剂合成有序介孔硅材料的报道较多，尚未见到有关合成介孔炭的报道，通过调节两种表面活性剂的比例可以制备不同特征的有序介孔炭。

发明内容

本发明针对现有技术的上述问题，提供一种有序介孔炭的制备方法。按下述步骤制得：

按质量比1:0.12~1:0.04非离子型表面活性剂和阴离子型表面活性剂溶于去离子水中，机械搅拌至这两种表面活性剂完全溶解，滴加正硅酸乙酯，保持38℃恒温水浴24h，然后将得到的物质转移到高压反应釜中，置于100℃烘箱中静置晶化24h，对产物进行过滤，烘干、氧化气氛中预氧化，再在惰性气氛保护下从室温逐步升温至850℃，保温2h，得到炭化产物。对炭化产物酸洗除硅后干燥便得到了有序介孔炭。

本发明进一步的优选方案是：所述非离子表面活性剂选自三嵌段共聚物F127、F108、P123中的一种。