[发明专利]一种石墨化纳米碳复合多孔碳骨架的制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨化纳米碳复合多孔碳骨架的制备方法，包括如下步骤：(1)将酚醛树脂的醇溶液作为碳源与碱金属盐接触，通过碳源中醇溶剂的挥发获取酚醛树脂包覆碱金属盐的混合物；(2)对混合物进行低温固化、程序升温和自然降温处理，经净化、干燥后制得所述石墨化纳米碳复合多孔碳骨架。本发明的方法节约能耗且环境友好：首先，选择的生产原料经济易得，低成本的碱金属盐代替相对高成本的过渡金属类催化剂，表现出更具性价比的潜力；其次，对产物的净化处理工艺仅利用自来水即可达到溶解杂质的目的，表现出绿色环保的优势；最后，合成的新型碳材料具备石墨化纳米碳分散在多孔碳骨架表面，表现出高的石墨化度和大的比表面积。

技术领域

本发明涉及一种多孔碳骨架的制备方法，尤其涉及一种石墨化纳米碳复合多孔碳骨架的制备方法。

背景技术

多孔碳具有丰富的比表面积和可调控的物理化学性质，可借助形貌结构的设计、合成方法的创新、反应条件的优化，来对碳质骨架进行各优良性质的复合。为了满足在吸附分离、催化、能源储存和转化等领域对碳材料的差别化和个性化需求，通过在微观尺度下对多孔碳骨架进行纳米定制，开发其所蕴藏的潜在能力。当前，除了工业原材料沥青外，合成多孔碳的固相原料也常使用有机树脂，其中以酚醛树脂为代表的多孔碳材料较为常见。在各种模板剂和活化剂的协助下，酚醛树脂基多孔碳具备微孔、介孔和大孔所堆叠的结构单元，表现出高度发达的孔隙结构，为电子、离子在孔道中的传递和储存提供通道。然而，酚醛树脂碳的乱层结构成分，会降低碳质骨架的导电性能，制约其作为功能材料的应用效果。

将碳质成分的乱层结构部分转变为石墨化结构的结晶化过程，将有助于多孔碳的导电性、耐氧化性、热导性、化学稳定性。当前，在酚醛树脂原料中加入适量的过渡金属催化剂作为促进石墨化因子，结合常见的石墨化技术，能够在较低的温度下催化难石墨化的酚醛树脂原料转变为具有高石墨化程度的碳材料。相对比采用高温或高压的石墨化过程，借助过渡金属为代表的低温催化石墨化技术，不仅降低了制备成本，而且节约了能耗。但是，在石墨化过程中，过渡金属与原料在反应过程中生成的碳化物可能部分残留在产物中，并消耗强酸等腐蚀性液体进行过渡金属的移除，导致潜在的环境污染问题。因此，寻求更为经济、绿色的合成路线，获取更优性能的新型碳材料是研究的热点和难点。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种能量消耗小、污染少、成本低且能够实现微观尺度下纳米定制的石墨化纳米碳复合多孔碳骨架的制备方法。

技术方案：本发明的石墨化纳米碳复合多孔碳骨架的制备方法，包括如下步骤：

(1)将酚醛树脂的醇溶液作为碳源与碱金属盐接触，通过碳源中醇溶剂的挥发获取酚醛树脂包覆碱金属盐的混合物；

(2)对混合物进行低温固化、程序升温和自然降温处理，经净化、干燥后制得所述石墨化纳米碳复合多孔碳骨架。

优选的方案，步骤(1)中，所述碱金属盐为草酸钾、柠檬酸钠、柠檬酸钾、草酸钠中的至少一种。

优选的方案，步骤(1)中，所述酚醛树脂与碱金属盐的质量比为1:3～1:9。

优选的方案，步骤(1)中，所述酚醛树脂的醇溶液质量浓度为5～10wt％。

作为进一步地优选，步骤(1)中，利用机械球磨获得粉末状碱金属盐；所述机械球磨的转速为300～500r/min、球磨时间为3～6h。

作为进一步地优选，步骤(1)中，将碳源与碱金属盐进行超声处理，所述超声的功率为100～200W、超声时间为1～3h、环境温度为40～50℃。

优选的方案，步骤(2)中，所述低温固化处理选用温度为100～140℃、时间为12～24h。