[发明专利]一种用于制备碳材料的溶剂选择方法

说明书

本发明涉及一种用于制备碳材料的溶剂选择方法。属于材料制备科学技术领域。利用溶剂和碳前驱体之间的总汉森溶解度参数差值(|δ_T|)和相对能量差(RED)两个参数的联合使用方法，并按照|δ_T|1和RED1的溶剂选择标准，可以快速、准确地从大量潜在的候选溶剂中系统地筛选出“优秀”的用于碳材料合成的溶剂。该方法同样适用于二元和多元溶剂体系，即通过混合不同的“非优秀”溶剂也可获得一系列“优秀”的溶剂。本发明方法简单，为碳材料制备如何选择合适的溶剂提供了有效的指导。而且，用本发明选出的溶剂合成得到的碳材料具有优化结构的效果，特别是所制得的碳材料形貌独特，比表面积高，在吸附，催化，生物医学，能源存储与转换等领域具有重要的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种用于制备碳材料的溶剂选择方法，属于材料制备技术领域。

背景技术

碳材料具有环境友好、化学性质稳定和导电性良好等优点，在储能、吸附、催化等领域都有着广泛的应用。碳材料是将碳前驱体进行高温碳化得到，因此，碳前驱体的结构(形貌，微结构等)直接影响到碳材料的性质(形貌，表面积)。有机液相化学合成方法已被广泛用于制备各种碳材料，与化学气相或固相方法相比，有机液相化学合成方法赋予了碳材料形貌、孔结构和功能的广泛可调性。实践表明，在有机液相化学中，溶剂的影响很大，因为碳前驱体在不同极性溶剂中的溶解度，与两者间的相互作用密切相关，对碳前驱体(聚合物中间体)的成核、生长和组装以及最终得到的碳材料的结构特性产生显著影响。溶剂对碳材料制备具有良好的溶解性和较小的相分离热力学驱动力时，制备得到的碳材料的形貌才会更加符合规则、尺寸合适，结构有序，碳材料性能好。

长期以来，研究者往往依据相似相容性的原理来寻找合适的用于碳材料合成的溶剂，但该方法通常需要进行大量的实验，或者依赖研究者的经验。因此，如何在大量的候选溶剂中快速、准确地选择理想的优质溶剂用于合成具有优化结构的碳材料，目前仍然缺乏有效的解决方法。

Bao等人在J.Am.Chem.Soc.2018,140,10297-10304中对碳前驱体和不同反应溶剂间的汉森溶解度参数进行了定性分析，确定了碳材料几何结构与溶剂性质存在显著的关联性。Lou等人在Angew.Chem.Int.Ed.2018,57,6176-6180中公开了通过调节混合溶剂乙醇和水的比例，改变了碳前驱体与溶剂间的兼容性，形成了不同纳米结构的碳材料。然而，上述这些研究只展示了经验性的，或者定性的分析，无法给出一种量化的，或快速实用的溶剂选择方法，无法指导碳材料的制备过程中所用溶剂的选择。