[发明专利]一种碳基纳米带多孔材料以及制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种碳基纳米带多孔材料及其制备方法与应用，所述多孔材料内掺有杂原子，比表面积为500～1500m²/g，孔容为0.5～2.5cm³/g，孔径为0.2nm～10μm。由于所述多孔材料具有比表面积高，导电性能优良等特性，使其在电催化、气体吸附、超级电容器及锂离子电池等领域具有良好的应用。本发明还公开了制备前述多孔材料的方法，所述方法具体为：将聚合物单体在表面活性剂的存在条件下，进行聚合反应，生成聚合物纳米带；将其置于600～1000℃的温度下，与活化剂进行活化反应，即得。该方法操作简单方便，成本低廉，可适用于大规模生产。

技术领域

本发明涉及碳材料及其制备方法与应用，具体地涉及一种纳米带多孔材料及其制备方法与应用。

背景技术

在二十一世纪，由于化石燃料的消耗以及与使用化石燃料而引发的环境问题日趋严重，发展绿色可持续的能源转换和储存技术尤为重要。氧气还原反应是金属空气电池和燃料电池等电化学能源转换和储存系统中的关键步骤。众所周知，铂被认为是性能最优的催化剂，但其成本高昂、稳定性较差以及对甲醇的耐受性等问题，抑制了铂在商业道路的发展。因此，科研人员一直在努力研发价格低廉、稳定性好、性能优异的电催化剂。

多孔材料一直是材料科学中的研究热点。在过去几十年中，多孔碳、金属有机框架、共价有机框架、多孔二氧化硅以及沸石等多种多孔材料取得了重大进展。由于多孔碳材料具有优异的导电性、较高的比表面积、良好的化学稳定性以及低成本，它们作为潜在的电催化剂已经引起了广泛关注。然而目前大部分多孔碳材料的电催化性能仍有待提高。

杂原子掺杂是一种常见的对材料进行改进的技术。杂原子的引入在改变多孔碳材料的化学性质和提高其电催化活性方面具有重要作用。近年来，具有纳米结构的纳米线、纳米纤维、纳米管或纳米带等材料引起了科研人员广泛的研究，它们已被广泛应用于催化、气体储存、超级电容器、电池以及传感器等领域。碳基纳米带是一维碳基纳米材料，目前关于碳基纳米带的报道并不多见。2016年杨等人(Ind.Eng.Chem.Res.2016,55,6384-6390)通过将聚吡咯纳米带进行氢氧化钾活化制备了一种氮掺杂碳基纳米带多孔材料。然而该方法所使用的活化剂对仪器设备具有很大腐蚀性，而且需要对活化后的材料进行后处理。

发明内容

基于上述技术背景，本发明的目的在于提供一种碳基纳米带多孔材料，其中所述多孔材料以碳基纳米带为单元，一维连接为网状结构；

所述多孔材料的比表面积为500～1500m²/g；孔容为0.5～2.5cm³/g；孔径为0.2nm～10μm；所述碳基纳米带多孔材料掺有杂原子；

优选地，比表面积为850～1280m²/g，孔容为0.8～1.5cm³/g；孔径为0.5nm～1μm。

更优选地，所述杂原子为含氮或者含硫，也可同时含氮或含硫。

所述碳基纳米带多孔材料具有比表面积大、孔径宽等特性。

所述碳基纳米带多孔材料中掺杂的杂原子可以改变所述碳基纳米带多孔材料的化学性质，具体可提高其电催化、气体吸附、超级电容器以及锂离子电池的性能。

其中，氮原子或硫原子均比碳原子具有更大的电负性，致使化学键上电子云分布不均匀，有利于加强碳基多孔材料与气体或离子的相互作用，从而提高其电催化、气体吸附、超级电容器以及锂离子电池的性能。氮原子或硫原子的引入也能导致碳基多孔材料缺陷位点的增加，也能有利于加强碳基多孔材料与气体或离子的相互作用，从而提高性能。

本发明的第二个目的在于提供一种制备前述碳基纳米带多孔材料的制备方法，其中所述方法包括以下步骤：

1)聚合物单体在表面活性剂的作用下，进行聚合反应，生成聚合物纳米带；