[发明专利]多孔碳及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多孔碳及其制备方法。更具体而言，本发明涉及具有大的比表面积的高度多孔碳，及其制备方法。本申请要求于2012年7月27日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2012-0082714号的优先权，其全部内容以引用的方式并入到本文中。

背景技术

碳材料为应用于许多不同工业(例如，催化剂、燃料电池、二次电池的电极材料、超级电容、复合材料、气敏元件、太阳能电池、多种电子器件等)的非常有用的材料。碳以大量不同的形式应用。

具体而言，碳纤维、碳纳米管等具有非常优异的机械性能，同时具有高的导电性，而对于具有非常高比表面积的活性炭或无定形炭，由于高度的多孔性和稳定性，在燃料电池和二次电池的电极材料领域进行了大量的研究。以及，其作为用于燃料(如烃或氢等)的气体存储材料或作为可以纯化污染区域或纯化有害气体(如二氧化碳等)的分离体引起关注。

近来，由碳化物得到的碳(CDC)被研究作为多孔碳材料，并且其受到大量的关注(Gogotsi et al.1997J.Mater.Chem.7:1841-1848；Boehm et al.Proc.12th Biennial Conf.on Carbon149-150(Pergamon,Oxford,1975)。大部分无定形CDC具有2nm以下的微孔，据报道其选择性的产生理想地适合于氢存储的0.6～0.9nm的孔。

然而，在多种工业中，如半导体或重气体存储、医疗或润滑剂吸附剂的吸附体等也大量需求2nm以上的介孔。

近来，控制孔的体积和控制比表面积和孔径作为更重要的性能而引起注意。因此，为了控制孔，使用多种原料尝试CDC的合成。作为CDC的原料，使用大部分的碳化物，如TiC、ZrC、WC、SiC、TaC、B₄C、HfC、Al₄C₃等，但是没有得到根据碳化物的金属原子的种类的显著的结果，还没有报道可以形成2nm以上的介孔的CDC。

发明内容

技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明的一个目的是提供包含微孔和介孔且具有高比表面积的多孔碳。

本发明的另一目的是提供制备所述多孔碳的方法。

技术方案

本发明提供了由具有由下面的通式1表示的组成的碳化物得到的多孔碳：

[通式1]

M(C_xO_y)

(在通式1中，M为选自Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、W、Hf和Ta中的至少一种金属；

X为0.6至0.99，以及y为0.01至0.4)。

本发明还提供了由具有由下面的通式2表示的组成的碳化物得到的多孔碳：

[通式2]

M(C_xO_yA_z)

(在通式2中，M为选自Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、W、Hf和Ta中的至少一种金属；

A为硼(B)或氢(H)；

X为0.6至0.99，y为0.01至0.4，以及z为0.01至0.4)。

本发明还提供了制备多孔碳的方法，其包括如下步骤：

使选自Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、W、Hf、Ta金属和其氧化物中的至少一种金属源与碳源混合；

加热所述混合物以形成碳化物；

使所述碳化物与卤素气体反应；和

在氢气氛围下加热所述反应混合物。

有益效果

通过同时包含具有2nm或更大的尺寸的介孔和具有小于2nm的微孔，本发明的多孔碳可以有利地用于需要相对大孔的多种应用领域和需要小孔的领域。

并且，根据本发明的多孔碳的制备方法，通过控制碳化物的各组分的组成比，可以简单的方法容易地制备具有多种尺寸孔和比表面积的多孔碳。

附图说明

图1为显示根据实施例1至4制备的碳化物的XRD结果的图。

图2为显示在根据实施例1至4制备的碳化物的XRD中的(111)峰位移的图。

图3a为显示根据实施例1至4和对比实施例1制备的多孔碳的微孔和介孔的体积的图。

图3b为显示根据实施例1至4和对比实施例1制备的多孔碳的比表面积的图。

图4为显示根据实施例5至8制备的碳化物的XRD结果的图。

图5为显示根据在根据实施例5至8制备的碳化物的XRD中的晶格常数的变化的(111)峰位移的图。