[发明专利]基于软模板法的煤基层次化纳米炭材料及其制备方法

说明书

本发明涉及煤基炭材料技术领域，是一种基于软模板法的煤基层次化纳米炭材料及其制备方法，该基于软模板法的煤基层次化纳米炭材料，按照下述步骤得到：将煤粉与强氧化剂溶液反应，得到氧化煤后，与嵌段聚合物F127溶解于乙醇溶液中得第一混合溶液，再将氢氧化钾固体加入其中，得第二混合溶液后，干燥，得粉末产物，将其炭化处理、洗涤，干燥，得到基于软模板法的煤基层次化纳米炭材料。本发明制备方法简单，利用化学炭化和软模板法的优点，解决了炭化处理对多孔炭材料孔径尺寸不可控的影响。本发明采用嵌段共聚物F127作为软模板，以氧化煤纳米粒子作为炭源，制备具有高比表面积、分级多孔结构、高容量的的煤基层次化纳米炭材料。

技术领域

本发明涉及煤基炭材料技术领域，是一种基于软模板法的煤基层次化纳米炭材料及其制备方法。

背景技术

近年来，超级电容器作为重要的化学储能设备，在储能设备的应用方面得到了越来越多的关注。电极材料作为超级电容器重要的组成部分，极大地影响着电容器的性能。炭材料具有成本低、制备工艺简单、高的工作电压窗口以及充放电电流大等优点，对于超级电容器来说，是具有潜力的可选择的电极材料。我国的煤炭资源较为丰富且种类齐全，分布比较广泛；因此，充分利用我国煤资源丰富的优势，以含碳量高、资源丰富的煤作为主要原料来制备具有高比表面积的炭材料已成为一种趋势。大比表面积的煤基炭材料用于超级电容器时虽然可表现出较高的比容量，但是其颗粒较大（十几到几十微米），粒径分布宽，颗粒形貌杂乱无序，调控比较难，且其孔道主要以微孔为主，这导致了其大电流充放电性能较差，已经不能满足先进超级电容器的要求。

软模板法能够方便制备出各种单分散结构的纳米材料，可以控制多孔结构和尺寸，同时可以合成不同形貌的中孔材料；从而使材料具有优异的比容量和快速充放的能力。目前用软模板法制备纳米材料的炭源一般都是有机物（甲醛、酚醛树脂、间二苯），而用氧化煤作为炭源制备煤基炭材料的方法目前报道甚少。

发明内容

本发明提供了一种基于软模板法的煤基层次化纳米炭材料及其制备方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有软模板法制备的纳米材料，存在比表面积小、容量小、多孔炭材料孔径尺寸不可控的问题。

本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种基于软模板法的煤基层次化纳米炭材料，按照下述步骤得到：第一步，将煤炭进行粉碎，经筛分处理后，得到超细煤粉，将超细煤粉与强氧化剂溶液均匀混合，进行液相氧化反应，得到反应产物，将反应产物纯化、洗涤后，得到氧化煤；第二步，将所需量的氧化煤和嵌段聚合物F127溶解于乙醇溶液中，得到第一混合溶液，将所需量的氢氧化钾固体加入第一混合溶液中，混合均匀，得到第二混合溶液，在50℃至120℃的条件下，干燥第二混合溶液，得到粉末产物，其中，氧化煤、嵌段聚合物F127、氢氧化钾固体的加入质量之比为1:1:5；第三步，将粉末产物在保护气体气氛下，按5℃/min速度的升温程序，由室温升到300℃至1200℃后，保温1h至4h，进行炭化处理，得到炭化产物；第四步，用去离子水和乙醇洗涤炭化产物，至洗涤液为中性，干燥炭化产物，得到基于软模板法的煤基层次化纳米炭材料。

下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：

上述强氧化剂溶液为浓硫酸、浓硝酸的混合溶液，其中，混合溶液中，浓硫酸与浓硝酸的体积比为3:1。

上述保护气体为氮气。

上述第四步中，干燥炭化产物的温度为50℃至120℃。

上述筛分处理时使用200目的筛分仪器。