[发明专利]一种多孔碳纳米球的制备工艺

说明书

本发明公开一种多孔碳纳米球的制备工艺，包括以下步骤：S1、制备ZnCl₂溶液；S2、向ZnCl₂溶液中加入2，6‑二氨基吡啶搅拌至完全溶解；S3、向S2制备的溶液中加入甲醛，至反应完全，获得溶液A；S4、将溶液A进行离心处理，并将离心沉淀物烘干，获得聚三嗪；S5、将聚三嗪煅烧，获得碳化产物B；S6、将碳化产物B洗涤后烘干，获得多孔碳纳米球；其中：ZnCl₂溶液的浓度大于0.5mg/mL小于4mg/mL。本发明通过以较低浓度的ZnCl₂溶液与2，6‑二氨基吡啶和甲醛聚合成聚三嗪纳米球作为碳前体，把含有ZnCl₂的聚三嗪进行碳化，并且碳化与发泡过程同时进行，将聚三嗪转化为多孔碳纳米球C‑PFZ，成型的C‑PFZ表面无塌陷，整体形貌良好，同时作为EDLC电极表现出出色的电化学性能。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种多孔碳纳米球的制备工艺。

背景技术

随着电子信息技术的日新月异，数码电子产品的更新换代速度越来越快，同时也带动了电容器产业的增长。

在过去的十年中，全球超级电容器市场一直在快速增长。活性炭由于其成本低，电化学稳定性好，电子传导性好，表面积大，被广泛应用于超级电容器。在这种情况下，多孔碳球(PCS)结合了碳材料与球形胶体的优点，这使它们具有一些独特的功能，例如规则的几何形状，良好的流动性和可调的孔隙率和可控制的粒度分布。因此关于合成用于电双层电容器(EDLC)的多孔碳纳米材料整个电化学界投入了大量的精力。比较常见的就是进行多孔碳的化学活化，化学活化一般指利用ZnCl₂、KOH等一些化学物质来调节多孔碳的孔径和比表面积。而ZnCl₂用作盐模板成本低且腐蚀少，被广泛选用作为多孔碳的活化剂。

近年来，用于制备多孔材料的ZnCl₂盐模板方法包括两种策略：一种是通过将聚合物前体与过饱和ZnCl₂溶液混合来制备高盐溶液，该方法可起到脱水，发泡和成孔剂的作用，但在聚合过程中整体的形貌影响很大；另一种方法是ZnCl₂活化合成的聚合物，生物质或废物的不同碳前体，其中小比例的ZnCl₂在碳化过程中起发泡剂和稳定剂的作用，以诱导3D结构形成，但这种方法仅适用于聚合物产品。对于聚合物前体，高盐ZnCl₂条件虽然使其具有更高的机械强度，并避免了特殊的干燥过程，但大量使用ZnCl₂不仅不利于多孔碳的大规模生产，容易破坏碳前体自组装的整体形貌，同时还带来严重的环境污染。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种多孔碳纳米球的制备工艺，解决了现有技术中高盐条件下大量使用ZnCl₂导致多孔碳的大规模容易破坏碳前体自组装的整体形貌，同时还带来严重的环境污染。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种多孔碳纳米球的制备工艺，包括以下步骤：

S1、取ZnCl₂固体溶解于去离子水中，获得浓度大于0.5mg/mL小于4mg/mL的ZnCl₂溶液；

S2、向ZnCl₂溶液中加入2，6-二氨基吡啶搅拌至完全溶解；

S3、向S2获得的溶液中加入质量百分比浓度为37-40％的甲醛，于室温下搅拌18h，至反应完全，获得溶液A；

S4、将溶液A进行离心处理，并获得离心沉淀物，将离心沉淀物烘干，获得聚三嗪；

S5、将聚三嗪置于600℃的环境温度下煅烧5h，随后再升温至900℃继续煅烧2h，获得碳化产物B；

S6、将碳化产物B洗涤后烘干，随后索氏提取2d再烘干，获得多孔碳纳米球。