[发明专利]一种碳化物掺杂多孔炭及其制备方法有效

专利信息
申请号: 201710908600.1 申请日: 2017-09-29
公开(公告)号: CN107572498B 公开(公告)日: 2019-09-20
发明(设计)人: 程杰 申请(专利权)人: 程杰
主分类号: C01B32/05 分类号: C01B32/05;C01B32/318;C01B32/336
代理公司: 北京高沃律师事务所 11569 代理人: 刘奇
地址: 215600 江苏省苏州市*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 多孔炭 碳化物掺杂 导电率 金属碳化物 制备 多孔炭材料 嵌入 微孔
【说明书】:

本发明提供了一种碳化物掺杂多孔炭及其制备方法,所述碳化物掺杂多孔炭包括多孔炭和嵌入所述多孔炭中的金属碳化物。本发明得到的碳化物掺杂多孔炭,多孔炭的孔隙多集中在微孔和中孔,有助于提高多孔炭的比表面积;并且金属碳化物位于多孔炭内部,提高了多孔炭的本质导电率,避免提高比表面积的同时降低多孔炭的导电率。实施例的结果表明,本发明提供的碳化物掺杂多孔炭,比表面积达到400~1700m2/g,并且相比传统方法得到的多孔炭材料,在比表面积相当的条件下,导电率有了明显提升,避免了提高比表面积以降低导电率为代价的弊端。

技术领域

本发明涉及多孔炭材料技术领域,尤其涉及一种碳化物掺杂多孔炭及其制备方法。

背景技术

多孔炭材料指具有不同孔隙结构的碳素材料,孔隙尺寸具有较宽的范围。多孔炭材料以所具有的发达的孔隙、高比表面积、高孔容,并且孔径尺寸可在一定范围内调节的特点,多作为吸附材料被广泛应用在水质净化、气体分离、溶剂回收、脱色等领域,还可用于催化剂载体和锂离子电池、超级电容器的电极材料中。

目前,多孔炭材料的制备方法主要有活化法和模板法。

活化法指利用气体介质或化学试剂对原料进行活化成孔。普通活性炭微孔发达,比表面积高,但是存在中孔少、导电性低的缺点,为了得到中孔和大孔,一般采取活化的方法,这样需要烧掉一部分炭。例如,中国专利CN1152546A公开了一种以煤为原料制备中孔发达的活性炭的方法,将无烟煤、肥煤和磺化煤混合、破碎、磨粉,混以煤焦油和纸浆液压制成型、碳化、活化等。但是,通过活化法得到的多孔炭的导电性与普通微孔活性炭相差不大,一般电导率低于0.1S/cm,且随比表面积的增加电导率有降低趋势。

模板法是指将炭前驱体填充到模板材料中,使炭源在模板存在作用下炭化、去除模板,然后得到模板炭(其中炭中孔隙主要复制于模板的外表面或内表面,通常为外表面)。模板法具有良好的孔径可控性,获得的炭材料具有开放的孔道结构且孔道具有与模板相似的结构特征。如CN1330566C公开了一种规则结构和高比表面积的多孔炭的制备方法:以沸石为模板,在模板中加入含碳材料后碳化、脱模,得到多孔炭。中国专利CN101585527A公开了碳酸钙等纳米级颗粒作为模板的制备中大孔多孔炭的方法,可以制备出大中孔炭材料。但是,上述模板法制备得到的多孔炭仍没有对电导率有所改善,基本仍与活性炭的电导率相当。

为了进一步改善上述活化法和模板法制备得到的多孔炭电导率低的现状,目前相关研究人员提供了掺杂炭的制备方法,比如氮掺杂等,以含氮的高分子聚合物为原料,使多孔炭在制备过程中能保留原料结构中的部分氮原子。炭的氮掺杂之外,还有氧掺杂、磷掺杂或硼掺杂。这些掺杂研究中,氮、氧、磷、硼等元素占据炭材料中碳原子的位置,同样难以改善所得炭的电导率,基本仍与活性炭相当,甚至炭材料的导电性变得更低。

上述多孔炭的制备方法对多孔炭材料的导电性的提高效果不明显。现今,多结合高温处理提高活性炭电导率的方法,但是高温处理将导致比表面积降低,氮、氧、磷、硼等掺杂元素脱除,同时也导致孔隙整体收缩变小,难以兼顾比表面积和电导率的同时提高。

发明内容

有鉴于此,本发明的目的在于提供一种碳化物掺杂多孔炭及其制备方法。本发明提供的碳化物掺杂多孔炭,不仅具有较高的电导率,还具有较高的比表面积。

本发明提供了一种碳化物掺杂多孔炭,包括多孔炭和嵌入所述多孔炭中的金属碳化物;

所述多孔炭中孔隙的孔径分布在0.5~100nm的范围内;所述多孔炭的孔隙包括孔径分布在[0.5,2)nm的微孔、孔径分布在[2,50)nm的中孔和孔径分布在[50,100]nm的大孔;其中,微孔孔容≥0.20mL/g,大孔孔容≤0.05mL/g,1.0mL/g≥总孔容≥0.25mL/g。

优选的,还包括负载在所述多孔炭表面的金属碳化物。

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