[发明专利]一种多孔复合材料及碳材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多孔碳材料的制备方法，具体是属于弱酸强碱盐、苯酚类物质、甲醛与造孔剂协同组装的反应，获得多孔复合材料及碳材料的制备方法。

技术背景

多孔复合材料及碳材料具有大的比表面积和孔容、均匀可调的孔径和骨架组成，在物质的分离、催化、吸附以及光电微器件等方面有广阔的应用前景，得到了人们的广泛重视。除了具有上述优异性能外，多孔碳材料在新能源领域包括锂离子电池、太阳能电池、燃料电池、双电层超级电容器等方面已显示出巨大的应用价值。多年来主要采用碳源浇铸作为多孔氧化硅硬模板，碳化后除去该硬模板的方法制备性能比较优良的多孔碳材料，但是这种硬模板制备多孔碳材料的方法工序复杂，成本较高。

能够获得的现有技术还有：（1）以酚醛树脂、乙二醇和苯磺酰氯为起始原料，通过初固化、碳化等工艺制得具有双级孔径分布碳材料（公开号为CN101074095）。（2）以鱼鳞作为碳源和天然模板，在300～350℃下进行预碳化制备出多级孔碳材料（CN200910243069.6）。（3）以酚醛树脂、两种造孔剂及固化催化剂为起始原料，通过固化、碳化等工艺制得同时具有介孔和大孔孔径分布的碳素材料，（CN200910021996.3）。（4）以明胶为碳的前驱体，碳酸钙为模板制备多孔碳材料（CN200910136588.2）。（5）利用具有多孔有机骨架材料聚四苯甲烷为原料，以碱金属氢氧化物如KOH，NaOH，CsOH为活化剂制备碳材料（CN201210361711.2）。（6）利用具有比表面500-3000平方米每克的有机骨架材料为原料，在氮气流下碳化制备碳材料（CN201110088063.3）。  

上述现有技术所得材料的孔道间的连通性有待提高，有些原料对环保无益。

共组装法是直接利用表面活性剂类物质为造孔剂制备多孔碳材料的新方法，这种方法省去了制备多孔氧化硅等硬模板的繁琐步骤，日益受到人们的青睐。这种方法是基于溶剂挥发协同组装的过程。其一般以苯酚类物质和甲醛及其衍生物为碳源，是在催化剂作用下反应。常采用的催化剂有：1) 酸类：盐酸、乙酸、甲酸、硫酸，柠檬酸等；2) 碱类：氢氧化钠、氢氧化钾等；3) 其他：氧化镁、苯磺酰氯等。其中最常用的为盐酸和氢氧化钠，但它们的强酸和强碱性对设备的耐腐性能要求高，需要投入很高的基建成本用来防护；而氨水与苯酚、甲醛均可反应，其作为催化剂的反应过程更为复杂。所得材料的介孔孔道间的连通性有待进一步提高。强碱弱酸盐既可以参与苯酚类物质与甲醛的反应，同时弱酸强碱盐参与材料组装形成高分子复合材料，并能够活化碳材料。通过绿色环保的方法除去弱酸强碱盐还可产生穴状孔洞，有利于提高目标碳材料孔道的连通性能。且该方法对设备腐蚀性小、生产成本低，而目前以这种方法制备介孔碳材料和复合材料的研究鲜有报道。

发明内容

本发明要解决的具体技术问题是弱酸强碱盐促进和参与材料组装并活化碳材料；并提供一种多孔复合材料及碳材料的制备方法。

本发明上述所提供的一种多孔复合材料及碳材料的制备方法，其所述方法是将苯酚类物质、弱酸强碱盐、醛类物质、造孔剂与溶剂按摩尔比为：0.01－1300∶0.0001－100∶0.001－3000∶0.0001－28000∶1－270000进行反应，并和造孔剂协同组装，经老化得到复合材料，碳化后得到多孔复合材料，除去弱酸强碱盐成分后，得到多孔碳材料。

在上述技术方案中，进一步地附加技术方案如下：

一种多孔复合材料及碳材料的制备方法，所述制备方法是按下列步骤进行的：

（1）向融解的0.6mol苯酚类物质中加入含0.008mol的弱酸强碱盐水溶液，搅拌均匀后再加入1.4mol的醛类物质，在70-75^oC搅拌1-4h，充分反应，得到溶液A；

（2）将0.0064mol的造孔剂溶解在7.6mol溶剂中，搅拌得到溶液B；

（3）将溶液A缓慢加入溶液B中，在10－50℃下，搅拌混合3-5h，得到反应溶胶；

（4）将反应溶胶转移到培养皿中，待溶剂挥发完全后，将培养皿置于烘箱内进行老化，得到高分子复合材料；

（5）将高分子复合材料放入加热炉，在氮气或氩气保护下，或者真空中碳化，得到多孔复合材料，再由水溶解，或是由含0.024mol盐酸溶液去除无机成分后，得到比表面积为30-3000m²/g，孔容是0.1-3.0cm³/g的多孔碳材料。