[发明专利]高孔隙率宏观碳纳米材料的制备方法

说明书

本发明公开了高孔隙率宏观碳纳米材料的制备方法，属于纳米材料技术领域，以双连续相微乳液为模板，通过界面反应，形成了多级孔结构的纳米材料：包括从微孔、介孔到大孔的纳米孔径，最大孔径甚至能够达到微米级，并且由于连续的界面以及较密实的界面结构，赋予了材料较高的抗压碎强度、比表面积和孔隙率；其碳材料是由油水界面上发生的反应生成的有机物，在进一步的热处理过程中碳化形成的纳米碳材料，反应过程中的支撑层等同时参与纳米碳材料的形成，主要起到硬模板和催化作用，并且与形成的纳米碳材料相互结合作用，提高形成的复合材料的性能，整体材料孔隙率大大增加；基于界面反应的复杂性，赋予了材料更多的特殊性能，更加有利于材料的应用。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及高孔隙率宏观碳纳米材料的制备方法。

背景技术

纳米材料是指至少有一个维度在纳米尺寸范围(1-100nm)的超细粒子或由这些粒子构成的材料总称，具有小尺寸效应、表面效应和量子限域效应等特性，表现出异于宏观材料的光学、电学、磁学、热学、力学和机械性能，在物理、化学、生物、机械和电子工程等领域大放异彩。三维多孔纳米材料具有比表面积大、孔结构丰富、传质迅速、密度低等结构性质，在生物医学、吸附渗透、环境修复、光电器件、储能和催化等领域具有广阔研究空间和应用前景。

现有的三维纳米材料的主要构建方法有自组装法、模板法和化学反应链接法。自组装法，是一种主要利用分子间的作用力，比较有效的纳米材料制备方法，反应过程不受反应规模限制，虽然能改变碳结构和引入官能团，但是制备出来的三维碳结构往往存在着强度不够大，浓度不好控制等缺点；模板法可控制备三维石墨烯多孔结构，但是制备出的材料虽然孔隙率比较高，但是强度不够大；化学反应链接法，主要利用生成共价键，链接剂直接影响3D结构的反应条件、孔结构及其性能，但是稳定性不够好。而本发明的方法，能够制造出一种高强度，高孔隙率的碳纳米材料。

碳纳米材料具有导电，吸附以及催化降解功能，在实际的各个领域有着比较广泛的应用，迄今为止，石墨烯3D结构已经在超级电容器、柔性电子器件、气体存储、环境保护、化学传感和催化等领域表现出增强性应用性能，所以在实际的各个领域有着更加广泛的应用。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供高孔隙率宏观碳纳米材料的制备方法，提高形成的复合材料的性能，整体材料孔隙率大大增加；同时，基于界面反应的复杂性，特别是支撑层的引入，赋予了材料更多的特殊性能，更加有利于材料的应用。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

高孔隙率宏观碳纳米材料的制备方法，包括如下步骤：

1)向反应器中加入苯酚、油相溶剂、苄胺和表面活性剂，并在水浴条件下超声溶解作为油相；

2)将甲醛、金属盐溶于水，作为水相；

3)取所述的水相注入油相反应器中得到油水混合物，注入的水相：油相的体积比为1:1；

4)将油水混合物在常温条件下静置；

5)在有氧条件下干燥静置后的油水混合物，得到干燥后的混合物；

6)将干燥后的混合物热聚合后在氮气保护下加热，得到热聚合后的混合物；

7)将热聚合后的混合物酸洗，得到酸洗后的混合物；

8)将酸洗后的酸洗后的混合物进行碱洗后，得到高孔隙率宏观碳纳米材料。

进一步地，步骤1)中，所述的表面活性剂为非离子型和阳离子型表面活性剂，HLB值为4-7。

进一步地，所述的表面活性剂选自双十二烷基二甲基溴化铵、卵磷脂和失水山梨醇单棕榈酸酯(span-40)；所述的油相溶剂为正十二烷或一溴十四烷。