[发明专利]一种超薄圆片状介孔碳材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供一种超薄圆片状介孔碳材料及其制备方法与应用，其中，所述超薄圆片状介孔碳材料是先于惰性气氛下，对球形二氧化硅和废轮胎裂解油的混合物进行高温煅烧，再于室温下对高温煅烧所得产物进行洗涤、过滤、干燥后得到。本发明以废轮胎裂解油为碳源，球形二氧化硅为模板剂，采用模板法定向构筑制备得到了超薄圆片状介孔碳材料；将该碳材料用作燃料电池电催化剂时，其展现出良好的电催化特性，解决了燃料电池氧还原催化剂成本高、耐久性不足等问题，在电化学储能领域具有广阔的应用前景。本发明提供的超薄圆片状介孔碳材料制备方法操作简单，重复性强，合成工艺可控，所用原料成本低廉且容易获得，并且还实现了对废轮胎裂解油进行有效的利用。

技术领域

本发明涉及一种超薄圆片状介孔碳材料及其制备方法与应用，属于燃料电池电催化技术领域。

背景技术

能源问题是当今社会发展的三大难题之一，而今已经越发严重。传统的能源利用方式受到热机效率卡诺循环的限制，能源利用效率较低，燃料电池作为一种清洁、高效、能量密度高的新型能源应运而生。经过无数研究人员多年的努力，燃料电池方面的研究获得了突破性进展。由于很多燃料电池的阴极氧还原反应速率较慢，因此阴极的氧还原反应催化剂成为了影响其电催化反应速率的关键因素。

目前，燃料电池常常采用Pt基催化剂作为阴极氧还原反应的催化剂，但采用Pt基催化剂成本太高、耐久性低且资源短缺，这严重制约了燃料电池的大规模发展应用。因此急需开发价格低廉、持久耐用的非贵金属催化剂。

碳材料由于制备简单、易于大规模生产并且具有良好的化学性能、机械稳定性，被广泛地应用于燃料电池催化剂载体当中。之前有很多学者研究从沥青中制得多孔炭材料，其具有比表面积大、化学稳定性和热稳定性强等优点，而很少有人使用废轮胎裂解油作为碳源。废轮胎裂解油主要来源于橡胶中胶体自身裂解产物、橡胶中有机添加剂及其裂解产物、橡胶生产配方中的操作油(萘油或蒽油)，是一种宽沸点的复杂混合物(Journal ofAnalytical and Applied Pyrolysis,2004,71:914-934.)。加拿大Laval大学Roy教授的研究组(Journal of Analytical and Applied Pyrolysis,1999,51:201-221.)和中国浙江大学岑可法院士的研究组曾对裂解油展开详细的研究，在理化性质、元素组成、馏分组成方面以及裂解油中的部分烃类、非烃类化合物的化学组成等进行了研究。他们认为裂解油是高密度、高热值、低闪点、低黏度的重质油，裂解油的芳香性很强，同时存在大量烯烃(Journal of Analytical and Applied Pyrolysis,2001,57:91-107.)。目前，废轮胎裂解油主要作为锅炉燃料，经济价值不高，因此，使用废轮胎裂解油生产高附加值碳材料是废轮胎裂解油高效转化和提高其资源利用率的新途径。

发明内容

为了解决上述的缺点和不足，本发明的一个目的在于提供一种超薄圆片状介孔碳材料。

本发明的另一个目的还在于提供以上所述超薄圆片状介孔碳材料的制备方法。

本发明的再一个目的还在于提供以上所述超薄圆片状介孔碳材料作为燃料电池电催化剂的应用。

为了实现以上目的，一方面，本发明提供了一种超薄圆片状介孔碳材料，其中，所述超薄圆片状介孔碳材料是先于惰性气氛下，对球形二氧化硅和废轮胎裂解油的混合物进行高温煅烧，再于室温下对高温煅烧所得产物进行洗涤以去除球形二氧化硅模板剂、过滤、干燥后得到。

优选地，所述超薄圆片状介孔碳材料的尺寸为100-150nm，厚度为5-10nm，比表面积为300-500m²/g，孔径为2-50nm。

在以上所述的超薄圆片状介孔碳材料中，优选地，所述球形二氧化硅和废轮胎裂解油的质量比为2:1-4:1；

更优选地，所述球形二氧化硅的粒径为50-200nm。