[发明专利]一种介孔纳米炭球及其制备方法和应用

说明书

本申请公开了一种介孔纳米炭球及其制备方法和应用，属于纳米材料技术领域。本申请通过将模板剂溶解于水醇溶液中，在所述溶液中加入扩孔剂，并调节pH值为碱性，得到分散液II；在所述分散液II中加入酚类聚合物单体和甲醛，在25～70℃下搅拌进行聚合反应，反应结束后分离、洗涤、干燥，碳化，得到所述介孔纳米炭球；所述模板剂为两性聚合物；所述扩孔剂为疏水有机物；该方法具有操作简单、成本低廉、产量较高、产品均匀、产出稳定等优点，具有商品化前景；本申请制得的介孔纳米炭球的孔道为垂直孔道，呈现从内到外的放射状，其直径在150～200nm左右，且所制得的介孔纳米炭球具有优良的物理和化学性质，使其适宜在吸附、分离、催化、能量储存和转换以及药物输送等领域中应用。

技术领域

本申请涉及纳米材料技术领域，具体涉及一种介孔纳米炭球及其制备方法和应用。

背景技术

由于多孔炭纳米球具有优良的物理和化学性质，比如较大的表面积、低密度、较高的机械稳定性和化学惰性(耐酸性和碱性环境)、良好的生物相容性和优良的运载能力等，在许多研究领域，比如吸附、分离、催化、能量储存和转换以及药物输送等都有应用。因此，多孔纳米炭球极具商品化的潜力。

多孔炭纳米球在国内外均有发展，但是合成方法大都较为复杂，在合成过程中往往需要非常多的步骤，而且产量较低，产品形态不稳定，需要的溶剂量多，造成了较大的资源浪费和环境污染，不符合“绿色化学”的原则，更不容易放大生产。

发明内容

根据本申请的第一方面，提供了一种介孔纳米炭球的制备方法，包括：

a)将模板剂溶解于水醇溶液中，得到溶液I；

b)在所述溶液I中加入扩孔剂，并调节pH值为碱性，得到分散液II；其中，模板剂与扩孔剂形成胶束；

c)在所述分散液II中加入酚类聚合物单体和甲醛，在25～70℃下搅拌进行聚合反应，反应结束后分离、洗涤、干燥，得到前驱体I；

d)将所述前驱体I碳化，得到所述介孔纳米炭球；

所述模板剂为两性聚合物；

所述扩孔剂为疏水有机物。

可选地，所述两性聚合物选自聚氧乙烯聚氧化丙烯醚的嵌段共聚物中的至少一种；所述两性聚合物的质量与所述水醇溶液的体积比为0.001～0.1g/mL。

可选地，所述两性聚合物选自F127、F108、P123、F68中的至少一种。

可选地，所述水醇溶液中水和醇的体积比为0.1～10:1，水和醇的体积比上限可选自1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1或10:1，水和醇的体积比下限可选自0.1:1、0.2:1、0.3:1、0.4:1、0.5:1、0.6:1、0.7:1、0.8:1或0.9:1；

可选地，所述水醇溶液中水和醇的体积比为0.6～3:1。

可选地，所述水醇溶液为水和乙醇的混合溶液。

在一具体实施例中，所述水醇溶液中水和醇的体积比为0.1～10:1，以保证聚合物在两性三嵌段共聚物的模板作用下自组装成形态良好的球状结构；为确保形成的球状结构分散更加均匀且具有均一尺寸和均一的垂直孔道，水和乙醇的体积比优选0.6～3:1的比例混合。

可选地，所述疏水有机物选自1～3个甲基取代的苯、C5～C7的烷烃中的至少一种。

可选地，所述疏水有机物选自1,3,5-三甲苯、正己烷、环己烷中的至少一种。

可选地，所述扩孔剂与所述水醇溶液的体积比为0.005～0.1:1。

可选地，所述调节pH值为碱性包括：调节pH值为8～11。