[发明专利]一种高比表面积多孔碳材料的生产应用方法

说明书

本发明公开了一种高比表面积多孔碳材料的生产应用方法，包括如下具体步骤:第一步包含S1：将0.05g～0.4g金属与10mL～80mL六氯丁二烯加入到聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，盖上反应釜盖，置于烘箱中在210℃～230℃下反应8～50小时；S2：将S1步反应结束后得到的产物，通过离心、洗涤处理后，真空干燥，再在惰性气保护下加热0.5～4小时，冷却至室温后，收集保存于干燥器皿中，待用；S3：将S2步所得的产物在惰性气体保护下进行热处理；第二步将上述方法制得的高比表面积多孔碳材料应用于氧还原过程中；本发明所述高比表面积多孔碳材料制得的氧还原电极还可应用于燃料电池中。

技术领域

本发明涉及到纳米碳材料的应用技术领域，尤其涉及一种高比表面积多孔碳材料在氧还原中应用。

背景技术

燃料电池(Fuel Cell，FC)是一种以电化学反应方式将燃料(氢气)与氧化剂(空气)的化学能转化成电能的能量装换装置。拥有寿命长、能量大、启动快、无污染等优异特点，从而在汽车动力装置、移动电源以及发电厂等诸多领域都有着良好的应用前景。从19世纪30年代，人们就提出了燃料电池的初步构想，但由于还存在诸多技术瓶颈不能解决，导致燃料电池离真正的商业化应用还有比较遥远的距离。

多孔碳材料因为拥有较高的比表面积、丰富的孔隙结构、以及良好的导电性和物理化学稳定性等优点，已被广泛用。目前，制备多孔碳材料的方法很多，其中模板法(Adv.Energy Mater.,2018,8(1):1770139)由于结构可控等原因成为其中的主流方法。其根据所用模板的不同，又分为硬模板法和软模板法。以有序介孔硅(Chem.Commun.2008,23,2641-2643)和沸石分子筛(Angew.Chem.Int.Ed.2008,120(2),379-382)为硬模板的模板合成技术可以得到具有可调孔结构和孔尺寸的多孔碳材料，但对模板剂的孔道结构和热稳定性本身具有很高的要求，并且前期加入的模板剂在后期去除时需要用到强酸强碱，过程会污染环境、手续繁琐，因而存在操作过程复杂、成本较高，这些都限制了其广泛应用。与此同时，具有高比表面积、优异的导电性和稳定性的碳材料，例如碳纳米管、石墨烯等已被广泛地应用于燃料电池方面，但其制备工艺流程相对较复杂，需要使用相对有毒性的试剂且后处理复杂等，使其在大规模的工业化生产中存在一定的局限性。因此，发展一种原位形成模板剂、加热时模板自行除去的方法来制备较大比表面积多孔碳材料势在必行。

中国专利公告号为CN102730665B公开了新型多孔碳材料的制备方法及新型多孔碳材。其中制备方法包括利用具有比表面500-3000m²/g的多孔有机骨架材料为原料，在氮气流下，从室温缓慢程序升温至多孔有机骨架材料的碳化温度T，并在保持氮气流下，将温度控制在T±50摄氏度，碳化60-1000分钟后，得多孔碳材料。本发明多孔碳材料的制备方法工艺简单，且无需使用助剂。虽然通过本发明方法制得的多孔碳材料有高比表面积及高热稳定性，孔径分布均一，并且具有长程有序结构，但存在反应过程周期长、反应原料稳定性差及成本高等问题，严重限制了其在工业中的应用。

中国专利公告号为CN102897746B公开了一种制备多孔碳材料的方法及根据该方法制备的多孔碳材料。其中制备多孔碳材料的方法包括利用具有多孔有机骨架材料聚四苯甲烷为原料，以碱金属氢氧化物如KOH，NaOH，CsOH为活化剂，将二者等按一定比例混合后，在氮气流下，从室温缓慢程序升温活化温度，并在保持氮气流下，将温度控制在活化温度，活化至少30分钟，得多孔碳材料。本发明多孔碳材料的制备方法工艺简单，通过本发明方法制得的多孔碳材料有高比表面积及高热稳定性，孔径分布均一，具有良好的气体储存性质，但是该反应所需反应原料价格高、稳定性差、不能批量合成，用到化学活化法对设备要求高的缺点，在实际应用中存在很大困难。