[发明专利]一种碗状介孔碳微球及其制备方法与应用

说明书

一种碗状介孔碳微球及其制备方法与应用，属于介孔碳材料领域。一种碗状介孔碳微球，碳微球形貌为碗状，碗壁上存在介孔，碳微球的比表面积为30‑65m²/g，且碳微球具有含氧基团。其具有较大的比表面积，且表面含氧基团被保留；一种碗状介孔碳微球的制备方法，包括以下步骤：以碳源、表面活性剂、金属氯化物和稳定剂为原料，通过第一次水热反应，获得碳/金属氧化物复合微球；将碳/金属氧化物复合微球与酸性溶液进行第二次水热反应。制备方法周期短且过程简单，制备得到了高比表面积和具有含氧基团的碗状介孔碳微球；一种碗状介孔碳微球在制备催化材料、吸附剂材料、气体与储能材料、电极材料中的应用。

技术领域

本申请涉及介孔碳材料领域，具体而言，涉及一种碗状介孔碳微球及其制备方法与应用。

背景技术

常规水热法制备的碳微球一般都具有较小的比表面积(3-10m²/g)。目前也有将水热碳化与煅烧相结合制备比表面积较高的碳微球，但煅烧(400-1200℃)会破坏碳微球表面含有的含氧官能团，不利于对碳微球表面的改性。

发明内容

本发明提供了一种碗状介孔碳微球，其具有30-65m²/g的比表面积，且表面含有含氧基团。

本发明还提供了一种碗状介孔碳微球的制备方法，制备周期短且过程简单，制备得到了高比表面积和具有含氧基团的碗状介孔碳微球。

本发明还提供了用于制备催化材料、吸附剂材料、气体与储能材料、电极材料等材料的碗状介孔碳微球。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：

在第一方面，本申请示例提供了一种碗状介孔碳微球，其形貌为碗状，碗壁上存在介孔。碳微球的比表面积为30-65m²/g。且碳微球具有含氧基团。

随着碳材料研究不断深入，其优异的理化性能使得碳材料能够广泛应用于不同的领域和不同的材料之中。碳微球由于其独特的结构使其成为碳材料中研究的重点。而特殊形貌的碳微球相比于普通的球形碳微球即使化学成分相同，也会表现出不同的物理和化学性质，在药物传递、能量储存以及催化等领域发挥极大的作用。

本发明提供的碗形介孔碳微球，其碗壁上具有介孔，其比表面积能够到30-65m²/g，相对于目前比表面积为3-10m²/g的碳微球，大大提升了比表面积。比表面积的提升，使得对于介孔碳材料的择形吸附、选择性催化、半导体和生物传感、新能源材料和信息储运材料等方面的应用就更有利。例如在择形吸附方面，比表面积越大，吸附面就大。在催化方面，比表面积越大，活性位点就越多。

同时本发明提供的碳微球还具有含氧基团，含氧基团的存在，利于后续对碳微球的继续改性，可以接枝其他的官能团，为碳微球的继续开发和利用提供更多的可能性。同时其表面的含氧基团使微球的表面性质和表面行为发生改变，导致微球对金属离子和有机物的吸附性能发生变化，如微球的亲水性、吸附选择性、离子交换能力和对金属的亲和力都相应的增加。

结合第一方面，在本申请的一些示例中，碳微球的含氧基团为羰基、羟基、羧基中的一种或多种。

结合第一方面，在本申请的一些示例中，碳微球的粒径为4-6μm。介孔的孔径为5.3-8.7nm，孔容为0.02-0.08cm²/g。

碳微球的介孔结构对不同极性、不同分子结构和不同有效体积的分子具有选择形吸附和选择性分离作用。在催化的应用中，有利于反应物进入催化剂活性位点进行反应然后离去；在作为负载型催化剂载体时，有利于增加催化活性物质负载点,并成为纳米组装、选择性催化等应用开发的重要基础。

在第二方面，本申请示例提供了一种碗状介孔碳微球的制备方法，其包括：