[发明专利]一种三维微结构自支撑柔性多孔碳膜及其制备方法和应用

说明书

本发明属于多孔碳材料技术领域，公开一种三维微结构自支撑柔性多孔碳膜及其制备方法和应用。所述的三维微结构自支撑柔性多孔碳膜是将酚类单体、醛类单体、碱性催化剂和水混合后搅拌，在25～45℃下反应，制得预聚液；在预聚液中加入酸性溶液静置后，脱水60～90％，在110～130℃放置，所得的产物放入醇类溶剂中，在25～60℃浸泡；再将所得的反应产物在‑20～0℃冷冻干燥，将产物在600℃碳化后，浸泡柔化溶液和冷冻干燥，最后将得到的产物在700～1000℃进行碳化处理制得。本发明制备的三维微结构自支撑柔性多孔碳膜具有比表面积高、有一定柔性、碳网络密度可控和网络直径小的特点，可应用在钠离子电池领域中。

技术领域

本发明属于多孔碳材料技术领域，更具体地，涉及一种三维微结构自支撑柔性多孔碳膜及其制备方法和应用。

背景技术

多孔材料有机融合了不同尺度孔结构材料的特性，如微孔和介孔的高比表面可提供充足的修饰位点，通过化学处理和物理处理方法对表面性质进行调控，从而使材料具有新的化学特性；大孔可使物质分子易到达活性位点。这些特性使多孔材料被广泛应用于催化、吸附、负载、能源储存和转换、传感和生物医学等方面。

多孔碳材料的导电性较差，可通过掺杂氮、磷等杂原子到材料表面改善导电性和增加活性位点，也可通过镀镍后碳化提高石墨化程度来提高其导电性。商业化的多孔碳具有极大的比表面积来提供丰富的活性位点供电荷聚集储存电能，然而众多闭孔和无规则孔道的存在严重阻碍了充放电过程中电解质离子进入内部孔道，大量的比表面积无法参与电荷储存，本身较低的导电性也使其电容性能受到了很大的限制。而自支撑多孔碳膜有多种优势，1、碳膜不需要经过涂刷即可直接用于制作电极，较为方便；2、提供了较高的比表面积，可用于存储电荷，也可通过多种方式在材料表面添加不同基团以运用于不同用途；3、碳膜是一体化网络结构，制作电极不需要导电剂，有利于电荷的传输和器件能量密度的提高；4、碳膜内的分级多孔结构有利于电解液的运输，可大大提高电池的使用性能。因此自支撑碳膜具有重要的研究意义。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明的目的在于提出一种三维微结构自支撑柔性多孔碳膜。

本发明另一目的在于提供了上述三维微结构自支撑柔性多孔碳膜的制备方法。

本发明再一目的在于提供了上述三维微结构自支撑柔性多孔碳膜的应用。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种三维微结构自支撑柔性多孔碳膜，所述的三维微结构自支撑柔性多孔碳膜是将酚类单体、醛类单体、碱性催化剂和水混合后搅拌，在25～45℃下反应，制得预聚液；在预聚液中加入酸性溶液静置后，脱水60～90％，在110～130℃静置，所得的产物放入溶剂中，在25～60℃浸泡；再将所得产物在-20～0℃冷冻干燥，然后在400～600℃预碳化处理，所得产物在柔化溶液硝酸镍-叔丁醇溶液中浸泡，在-20～0℃冷冻干燥，最后将得到的产物在700～1000℃进行碳化处理制得。

优选地，所述酚类单体为苯酚、双酚-A、双酚-F、萘酚、羟甲基苯酚、间苯二酚、烷基苯酚、间苯三酚、腰果酚或邻苯基苯酚中的一种或两种；所述醛类单体为甲醛、多聚甲醛、糠醛、乙醛中的一种或两种。

优选地，所述碱性催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡、碳酸钠、碳酸钾、碳酸钡或氨水；所述酸性液体为氨基乙酸、亚氨基二乙酸、乙二胺四乙酸、氨基三乙酸、一十六烷基乙二胺二乙酸或一十二烷基乙二胺二乙酸。

优选地，所述的硝酸镍-叔丁醇溶液中硝酸镍和叔丁醇的质量比为1：(10～30)。

优选地，所述溶剂为叔丁醇或二甲基亚砜。

优选地，所述的酚类单体：醛类单体：碱性催化剂的摩尔量比为50：(75～100)：(1～2)；所述的酚类单体和水的质量比为1：(20～80)。