[发明专利]一种具有多级孔道结构的中空碳球及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有多级孔道结构的中空碳球，所述中空碳球为多级孔道结构，其同时具有微孔、介孔和大孔；其中，微孔孔径不大于2nm，介孔孔径分布于2‑50nm，大孔孔径大于50nm；微孔贡献的孔容为0.047‑0.30cm³/g，介孔贡献的孔容为0.15‑0.49cm³/g，大孔贡献的孔容为0.07‑0.80cm³/g。所述中空碳球的粒径为2.5‑6.5μm，壁厚为5‑8nm，比表面积为443.23m²/g。本发明还提供了一种该材料的制备方法。本发明提供的碳球具备壁薄、多孔和高比表面积等特点，可增强其应用性能。同时本发明步骤简单，可控，成本低廉，适合于工业化生产，应用领域广泛。

技术领域

本发明涉及多孔碳材料领域，具体地，涉及一种具有多级孔道结构的中空碳球及其制备方法。

背景技术

碳材料的使用可以追溯到人类远古时期。中空碳球因其导电性高、导热性好、热稳定性好、耐腐蚀、质量轻和分子结构多样等特性，使其在电池、化学化工、机械、电子、航空航天、冶金和核能等领域具有特别广泛的应用。近年来，随着C60、碳纳米管和石墨烯等碳材料的发现和开发，人们发现其微观结构，例如孔道尺寸对该材料的性质和用途具有决定性的作用。通常规定，孔道尺寸小于2纳米的为微孔，大于50纳米的为大孔，介于两者之间的为中孔。多级孔是指同时包含微孔、介孔和大孔。具有多级孔的碳材料在常规性质之外，还具有大孔结构、短程扩散路径、高比表面积和高孔隙度等，有利于活性物质的吸附和传输，因而具有更高的应用性能。在孔道尺寸基础上，中空结构能显著增大其比面积，降低其密度，有利于进一步提高其性能。

目前制备中空碳球的方法主要有高温热解、激光蒸馏法、模板法和电弧放电法等。开发简单高效的多级孔道结构中空碳球制备方法仍然是重要挑战之一。

现有技术中，关于多级孔道结构中空碳球的制备方法未见有公开报道。虽然多级孔碳材料和中空碳球已分别有一些报道，例如中国专利CN104528720A公开了一种多级孔炭材料的制备方法及产品；CN105731419A公开了一种棒状多级孔碳材料的制备方法；CN103537262B公开了一种氮掺杂多级孔碳材料的制备方法；CN104310368A公开了一种中空碳球的制备方法；CN100537422C公开了一种尺寸规整的中空微米碳球的制备方法；CN104319402B公开了一种多层碳空心球负极材料的制备方法。然而这些报道与本发明的主要区别在于：1、碳球结构不同，本发明制备的样品同时含有多级孔和中空两种结构；2、制备方法不同，本发明中含有喷雾干燥的方法制备碳球颗粒。

基于以上，期待一种同时具有多级孔道和中空结构的碳球及其制备方法。该碳球中的特殊结构使其具备如下特点：壁薄、多孔和高比表面积，有利于其在能源存储、化学化工、机械电子等领域有十分重要的潜在应用。另外，本发明提供的碳球的制备方法中包括喷雾干燥的步骤，该步骤的使用使得所得到的碳球同时多级孔道和中空结构，从而具有壁薄、多孔和高比表面积的优良性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种具有多级孔道结构的中空碳球及其制备方法。本发明所提供的具有多级孔道结构的中空碳球壁薄、多孔和高比表面积，且本发明提供的制备方法工艺流程简单，成本低廉，适合于工业化生产，应用领域广泛。

本发明的目的及解决其技术问题通过采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种具有多级孔道结构的中空碳球，所述中空碳球为多级孔道结构，其同时具有微孔、介孔和大孔；其中，微孔孔径不大于2nm，介孔孔径分布于2-50nm，大孔孔径大于50nm；微孔贡献的孔容为0.047-0.30cm³/g，介孔贡献的孔容为0.15-0.49cm³/g，大孔贡献的孔容为0.07-0.80cm³/g。

前述的中空碳球，其中所述中空碳球的粒径为2.5-6.5μm，壁厚为5-8nm，比表面积为443.23m²/g。