[发明专利]多孔碳材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳材料，特别是涉及一种多孔碳材料及其制备方法和应用。

背景技术

多孔碳材料的孔径分布广泛，兼具微孔、介孔和大孔，具有极高的化学稳定性、优良的导电性及价格低廉等优点，使其广泛应用于气体分离、水的净化、色谱分析、催化及催化剂载体、能量存储、电化学等领域。

目前多孔碳材料主要通过设计有机前驱体的结构来控制碳化后多孔碳材料孔径大小。但在碳化过程中有机物发生坍塌难以避免。并且为了减少多孔碳材料中杂质的残留、获得更大的孔径和比表面积，通常选用600℃以上的温度进行碳化，这样的温度远高于有机物的分解温度，会造成更多的孔坍塌现象，反而对最终孔结构造成的影响更大。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种多孔碳材料及其制备方法和应用，所要解决的技术问题是，解决碳化过程中发生坍塌的问题，达到制备出的多孔碳材料在其他条件相同的情况下，得到更大的比表面积及孔隙率，进而制备出更加优异的储氢、负载相变材料以及更高催化活性的碳材料。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

依据本发明提出的一种多孔碳材料的制备方法，包括，前驱体的制备：将金属盐和有机酸溶解于有机溶剂中，加入添加剂后，搅拌，离心，得前驱体，所述的金属盐、有机酸、添加剂的摩尔比为1-10∶1-10∶0-100；多孔碳材料的制备：将所述的前驱体与支撑剂混合后，在惰性气体的保护下碳化，经洗涤、干燥后，得到所述的多孔碳材料，其中，所述的支撑剂包括无机盐。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选的，前述的一种多孔碳材料的制备方法，其中所述的支撑剂包括锌。

优选的，前述的一种多孔碳材料的制备方法，其中所述的支撑剂包括锌和无机盐。

优选的，前述的一种多孔碳材料的制备方法，其中所述的前驱体与无机盐的质量之比为1∶0.1-10。

优选的，前述的一种多孔碳材料的制备方法，其中所述的前驱体、无机盐和锌的质量之比为1∶0.1-10∶0.1-10。

优选的，前述的一种多孔碳材料的制备方法，其中所述的无机盐为氯化钾、氯化钠或氯化镁中的一种或两种以上的组合。

优选的，前述的一种多孔碳材料的制备方法，其中所述的碳化过程为，以3-10℃/min的升温速度升到600-1200℃，并在该温度下保温1-8h。

优选的，前述的一种多孔碳材料的制备方法，其中所述的金属盐为硝酸锌、氯化锌、硫酸锌、醋酸锌、硝酸铬、氯化铬、硫酸铬、醋酸铬、硝酸锆、氯化锆、硫酸锆、醋酸锆、硝酸铜、氯化铜、硫酸铜、醋酸铜、硝酸镍、氯化镍、硫酸镍、醋酸镍、硝酸钴、氯化钴、硫酸钴、醋酸钴、硝酸铁、氯化铁、硫酸铁、醋酸铁、硝酸铝、氯化铝、硫酸铝、醋酸铝、硝酸锰、氯化锰、硫酸锰、醋酸锰、硝酸钛、氯化钛、硫酸钛中的一种或两种以上的组合；和/或，所述的有机酸为对苯二甲酸、邻苯二甲酸、均苯三甲酸、均苯四甲酸、苯六甲酸、2-磺酸基对苯二甲酸、2-硝基对苯二甲酸、2-氨基对苯二甲酸中的一种或两种以上的组合；和/或，所述的有机溶剂为N，N二甲基甲酰胺、N，N二乙基甲酰胺、无水乙醇、无水甲醇、二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃、乙腈、甲苯中的一种或两种以上的组合；和/或，所述的添加剂为三乙胺、氢氟酸、氢氧化钠、甲酸、醋酸、苯甲酸、甲醇中的一种或两种以上的组合。

优选的，前述的一种多孔碳材料的制备方法，其中，当所述的碳化过程的最高温度大于或等于800℃时，所述的支撑剂包括氯化钠；或者，当所述的碳化过程的最高温度小于800℃时，所述的支撑剂包括氯化钾和/或氯化镁。

优选的，前述的一种多孔碳材料的制备方法，其中，当所述的支撑剂包括锌时，所述的碳化过程为，以3-10℃/min的升温速度升至420℃，保温20min后，继续升温至600-1200℃，并在该温度下保温1-8h；或者，当所述的支撑剂包括氯化钠时，所述的碳化过程为，以3-10℃/min的升温速度升至810℃，保温30min后，继续升温至810-1200℃，并在该温度下保温1-8h；或者，当所述的支撑剂包括氯化钾时，所述的碳化过程为，以3-10℃/min的升温速度升至770℃，保温30min后，继续升温至770-1200℃，并在该温度下保温1-8h；或者，当所述的支撑剂包括氯化镁时，所述的碳化过程为，以3-10℃/min的升温速度升至720℃，保温30min后，继续升温至720-1200℃，并在该温度下保温1-8h。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。