[发明专利]中空碳胶囊的制备方法

说明书

本发明涉及一种中空碳胶囊的制备方法，该制备方法通过使用聚合物粒子作为软模板并且采用喷雾干燥法，可以简单有效地制备中空碳胶囊。

相关申请的交叉引用

本申请以在韩国知识产权局于2014年9月30日提交的韩国专利申请No.10-2014-0131859、于2014年9月30日提交的韩国专利申请No.10-2014-0131860和于2015年9月25日提交的韩国专利申请No.10-2015-0137058为基础，要求优先权的权益，这几项申请的公开内容通过引用全部并入本文。

技术领域

本发明涉及一种能够大规模制备中空碳胶囊的制备方法。

背景技术

中空碳胶囊是指内部具有空孔以及形成孔的壳(由碳组成)的粒子。中空碳胶囊由于其中的孔而具有较大的表面积，并且孔可以作为存储空间。因此，中空碳胶囊具有广泛的应用范围，如吸附剂、储氢材料、添加剂、催化剂载体和润滑剂等。

中空碳胶囊的制备原理为，形成包含模板核和碳前体壳的结构，然后除去模板。此处，根据所使用的模板的类型，主要分为使用硬模板的方法和使用软模板的方法。

使用硬模板的方法是使用二氧化硅或金属氧化物的无机材料作为模板的方法。由于硬模板在碳化过程中几乎不发生形状变化，因此其优点在于，可以容易地保持孔结构，并且可以通过调节硬模板的形状来容易地调节孔的形状。然而，由于通过碳化过程形成碳壳之后必须除去硬模板，因此壳的形成和孔的形成分为两个阶段。通常，用有毒的酸性或碱性物质除去硬模板，因此会引起环境问题。

使用软模板的方法是使用能够热分解的有机材料(如聚合物)作为模板的方法。由于在碳化过程中模板被热分解并除去，并且同时发生碳前体的碳化，因此该过程简单，并且不使用有毒物质，从而造成较少的环境问题，这是有利的。然而，由于聚合物的热分解和碳化同时发生，所形成的孔的形状容易塌陷，因此与使用硬模板的方法相比，应当慎重选择材料。

使用软模板的方法必须考虑两点：一是在碳化过程之前，生成由软模板组成的核部分和由碳前体组成的壳部分的粒子，二是软模板和碳前体的材料。

通常，已经报道如下中空碳粒子的制备方法，包括：使聚苯乙烯粒子的表面磺化，在其上使苯胺改性，使苯胺聚合以形成核(聚苯乙烯)/壳(聚苯胺)结构，并对其进行热处理(DAI Xiao-ying等人，New Carbon Materials，2011,26(5):389-395)。然而，由于上述方法使用磺化方法，因此必须使用硫酸等，由此造成环境问题，并且不适合大规模生产方法。

另外，用于软模板和碳前体的材料的选择非常重要，如果两种材料的热性能相似，则形成的孔的形状会塌陷，因此需要额外的步骤。在一个实例中，已经报道通过用具有类似热性能的葡萄糖对聚苯乙烯粒子的表面进行碳涂布以形成核(聚苯乙烯)/壳(碳)结构并对其进行热处理来制备中空碳粒子的方法(Robin J White等人，J.Am.Chem.Soc.,2010,132:17360-17363)。然而，上述方法需要在高压釜中用葡萄糖预处理约24小时以形成碳壳，因此，由于处理时间较长，不适于大规模生产方法。因此，软模板和碳前体的热性能必须有区别。此外，碳前体形成碳壳，因此，应当选择能够高度保持所形成的碳壳的结构的材料。

因此，需要一种中空碳胶囊的制备方法，该制备方法适合于在使用软模板的同时大量生产，并且可以高度保持孔的形状。

本发明人研究了大规模生产中空碳胶囊的方法，发现当使用聚合物粒子作为软模板并且采用喷雾干燥方法时，可以简单有效地制备中空碳胶囊，从而完成本发明。

发明内容

技术问题

本发明的一个目的是提供一种可以简单有效地制备中空碳胶囊的制备方法。

本发明的另一目的是提供一种通过上述制备方法制备的中空碳胶囊。