[发明专利]杂原子掺杂碳空心微球的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种无机碳纳米领域的技术，具体是一种杂原子掺杂碳空心微球的制备 方法。

背景技术

碳空心球具有密度低、本征阻尼性能好、热稳定性和化学稳定好高、比表面积可控和生 物相容性好等多种优异的性能，在轻质结构材料、金属基阻尼材料、催化剂载体、超级电容器 电极材料、锂离子电池阴极材料等领域具有广阔的应用前景。碳材料由于掺杂杂原子引起的新 的独特特性，使得杂原子掺杂的碳空心球具有更加优异的性能。但目前杂原子掺杂碳空心球存 在制备工艺复杂、杂原子含量低、需要模板、产率低等问题。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN103395773，公开日2013-11-20公开 了一种纳米碳空心球及其制备方法，包括：将粒径为20-50nm的乙炔黑悬空在密闭反应釜中的 硝酸银溶液液面上；加热反应釜到100-180℃，用产生的硝酸蒸汽对乙炔黑进行氧化2-12小时； 将反应产物洗涤、干燥得碳空心球。但现有技术既需要用20-50nm的乙炔黑为原料，又需要用 硝酸进行氧化，工艺复杂，产率低。同时该现有技术只能得到碳空心球，无法得到杂原子掺杂 的碳空心球。

中国专利文献号CN103613085A，公开日2014-03-05公开了一种多级孔结构的碳空心 球材料及其制备方法，包括：使用溶胶凝胶法将碳前驱体包覆在模板表面，同时加入造孔剂， 溶解分散于水中；将混合液放入烘箱中凝胶得到前驱体；将前驱体进行高温烧结，得到具有多 级孔结构的碳空心球材料。但该现有技术不仅需要使用模板，还需要加入造孔剂，不仅工艺复 杂，而且污染环境。同时该现有技术也只能得到碳空心球，无法得到杂原子掺杂的碳空心球。

中国专利文献号CN102583312A，公开(公告)日2012.07.18，公开了一种氮、磷掺杂多 孔碳球的制备方法及应用。以水为溶剂，将聚膦腈微球与活化剂以(0.2～2):1质量比混合， 保持聚膦腈微球的浓度为10～30wt％，充分搅拌，然后离心分离得聚膦腈微球与活化剂混合物， 最后，将聚膦腈微球与活化剂混合物进行碳化即得到氮、磷掺杂多孔碳球；其中所述的活化剂 为氢氧化钾、氢氧化钠、氯化钙或氯化锌。该技术仅能得到实心结构碳微球，同时，其制备过 程使用了活化剂，增加了后处理过程，使制备工艺复杂，另外如中国专利文献号 CN200910054594.3，公开(公开)日2010.1.27，公开了一种硅/多孔碳纳米复合微球的制备 方法，该方法仅得到由硅和多孔碳构成的核壳结构体系。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种杂原子掺杂碳空心微球的制备方法，通 过选用间苯三酚和六氯环三磷腈为共聚单体制备新型聚膦腈微球，以该聚磷腈微米球为前驱体， 经一步炭化直接得到。该制备方法无需添加模板，只需经过简单炭化即可，所制备的碳空心微 球杂原子含量高、内含均匀介孔结构且大小均一。本发明的碳空心微球可广泛应用于催化剂载 体、超级电容器电极材料、锂离子电池阴极材料等领域。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种杂原子掺杂碳空心微球的制备方法，选用六氯环三磷腈和间苯三酚为共 聚单体制备而得的聚膦腈微米球为原料，在氮气保护下于炭化炉中加热碳化制备得到。

所述的聚膦腈微米球通过以下方式制备得到：将六氯环三磷腈和间苯三酚溶解于有机溶 剂中，加热后加入三乙胺并充分反应，反应结束后将产物离心洗涤后得到。

所述的加热碳化是指：在氮气保护下将炭化炉升温到600℃，保温0-3小时；在氮气保 护下将炭化炉继续升温到700-1300℃，保温0-6小时；在氮气保护下将炭化炉降温到室温，即 得杂原子掺杂碳空心微球。

所述的继续升温，其升温速度为0.2-20℃/min。

本发明涉及上述方法制备得到的杂原子掺杂碳空心微球，其外径为200～800nm，壁厚 为30～90nm，比表面积为150～1000m²/g，孔隙率为0.1～0.6cm³/g。

本发明涉及上述方法制备得到的杂原子掺杂碳空心微球的应用，将其用于制备催化剂载 体、超级电容器电极材料或锂离子电池阴极材料。

技术效果