[发明专利]一种酸碱协同催化碳纤维掺杂碳气凝胶及其制备方法

权利要求书

1.一种酸碱协同催化碳纤维掺杂碳气凝胶，其特征在于，其具备如下参数：比表面积600-1100m²/g，孔径分布2.0～10.0nm，孔容0.40～1.00cm³/g，比电容90～260F/g。

2.根据权利要求1所述的酸碱协同催化碳纤维掺杂碳气凝胶，其特征在于，其通过如下步骤制备：

（1）有机湿凝胶制备：多羟基苯酚与甲醛按照物质的量之比为1:2混合，加入去离子水配制成质量分数为35～40%的反应液，再加碳纤维和羟乙基纤维素钠，再加入抗坏血酸和碳酸钠，将反应液混合均匀后密封，保温40～50℃充分反应1～2天，制得湿凝胶；

所述碳纤维与多羟基苯酚的质量比为1:100～300；所述羟乙基纤维素钠与多羟基苯酚的质量比为1:6～50；所述抗坏血酸与多羟基苯酚的摩尔比为1:5～20；所述碳酸钠与多羟基苯酚的摩尔比为1:400～600；

（2）溶剂置换：将步骤（1）制备的湿凝胶浸泡于有机溶剂中进行溶剂置换，每隔24小时更换一次有机溶剂，期间更换3～5次；

（3）常压干燥：在常温常压下，待有机溶剂自然挥发完全后，即制得干燥的有机气凝胶；

（4）高温炭化：将步骤（3）制备的干燥的有机气凝胶在抽真空条件下炭化，在炭化过程中以15～40mL/min的速率不断通入惰性保护气，先从室温以1.2～1.8℃/min的速率升温至280～320℃，然后以2～2.2℃/min速率升温到880～920℃后保持3～5个小时，再缓慢降至室温，即制得黑色的碳气凝胶。

3.根据权利要求2所述的酸碱协同催化碳纤维掺杂碳气凝胶，其特征在于，步骤（1）中，所述多羟基苯酚为间苯二酚。

4.根据权利要求2所述的酸碱协同催化碳纤维掺杂碳气凝胶，其特征在于，步骤（2）中，所述有机溶剂为乙醇、甲醇、丙酮、四氢呋喃和环己烷中的一种或两种以上，优选为丙酮。

5.一种如权利要求1~4所述的酸碱协同催化碳纤维掺杂碳气凝胶的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：

（1）有机湿凝胶制备：多羟基苯酚与甲醛按照物质的量之比为1:2混合，加入去离子水配制成质量分数为35～40%的反应液，再加碳纤维和羟乙基纤维素钠，再加入抗坏血酸和碳酸钠，将反应液混合均匀后密封，保温40～50℃充分反应1～2天，制得湿凝胶；

所述碳纤维与多羟基苯酚的质量比为1:100～300；所述羟乙基纤维素钠与多羟基苯酚的质量比为1:6～50；所述抗坏血酸与多羟基苯酚的摩尔比为1:5～20；所述碳酸钠与多羟基苯酚的摩尔比为1:400～600；

（2）溶剂置换：将步骤（1）制备的湿凝胶浸泡于有机溶剂中进行溶剂置换，每隔24小时更换一次有机溶剂，期间更换3～5次；

（3）常压干燥：在常温常压下，待有机溶剂自然挥发完全后，即制得干燥的有机气凝胶；

（4）高温炭化：将步骤（3）制备的干燥的有机气凝胶在抽真空条件下炭化，在炭化过程中以15～40mL/min的速率不断通入惰性保护气，先从室温以1.2～1.8℃/min的速率升温至280～320℃，然后以2～2.2℃/min速率升温到880～920℃后保持3～5个小时，再缓慢降至室温，即制得黑色的碳气凝胶。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述多羟基苯酚为间苯二酚。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述有机溶剂为乙醇、甲醇、丙酮、四氢呋喃和环己烷中的一种或两种以上，优选为丙酮。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述碳纤维与多羟基苯酚的质量比为1:200；所述羟乙基纤维素钠与多羟基苯酚的质量比为1:10；所述抗坏血酸与多羟基苯酚的摩尔比为1:10；所述碳酸钠与多羟基苯酚的摩尔比为1:500。

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，惰性保护气选自氦气、氖气、氩气和氮气中的一种或两种以上。

10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述常温常压为温度20℃-30℃，一个标准大气压。