[发明专利]一种醛糖对高内相乳液模板法制备多孔碳的调控方法

说明书

本发明属于高分子材料制备技术领域，具体涉及一种醛糖对高内相乳液模板法制备的多孔碳的调控方法。首先将表面活性剂、单体和催化剂溶解在去离子水中得到水相，在机械搅拌条件下将油相缓慢滴加到水相中，得到水包油型高内相乳液，然后进行聚合反应，得到固体块状粗产物。通过索氏提取除去内相和真空干燥后得到多孔聚合物前驱体，经碳化、活化得到多孔碳材料。本发明以醛糖对高内相乳液模板法制备的多孔碳作为电极材料制备的超级电容器表现出良好的电化学性能。

技术领域

本发明属于高分子材料制备技术领域，具体涉及一种醛糖对高内相乳液模板法制备的多孔碳的调控方法。

背景技术

气候变化和化石燃料的有限供应极大地影响了世界经济和生态。随着便携式电子设备市场的快速增长以及混合动力汽车的发展，对环境友好的大功率能源的需求一直在不断增长。超级电容器也被称为电化学电容器或超级电容器，由于其脉冲电源，长循环寿命（100,000次循环），原理简单以及电荷传播的高动态性而备受关注。通常，基于储能机制，超级电容器可分为两类。一种是双电层电容器（EDLC），其电容来自电极/电解质界面处累积的纯静电荷，因此它在很大程度上取决于电解质离子可接近的电极材料的表面积。另一类是赝电容电容器，其中由于电活性物质而发生快速且可逆的法拉第过程。取决于电极材料的性质，这两种机制可以同时起作用，因此对电极材料的研究对于有效提高或改善超级电容器的性能具有重要意义。

近年来，聚合物基多孔碳材料和生物质材料引起了广泛的关注。但是聚合物材料所用的单体大多来源于不可再生的石油或化石化工产品，不满足人们对健康环保及可持续发展的理念。生物质材料因其来源广泛、比表面积大、孔结构丰富、环境友好和成本低的优势被用做绿色替代一些有毒有害化学品。同时，多孔碳材料合成方法也是多样的。其中，高内相乳液模板中由于分散相含量高，液滴之间通常紧密堆积，材料易形成内部相互贯穿的开孔结构。

本发明以生物质葡萄糖为主要碳源结合高内相乳液模板法获得杂原子掺杂的聚合物基多孔碳材料。其中涉及到三聚氰胺与甲醛的反应，同时利用葡萄糖多羟基醛和其在酸性条件下可以部分原位转化为活性中间体羟甲基糠醛（HMF）的性质，然后直接与其他单体形成聚合物网络，来实现用葡萄糖部分替代甲醛的目的。这样可以减少有毒化学品甲醛的使用。采用高内相乳液模板法制备的多孔材料具有制备方法简单、孔径尺寸及分布可控、孔间可相互贯通等优点。本发明采用高内相乳液模板法，经过交联、聚合、碳化实现了葡萄糖基多孔碳材料的制备、孔结构的构筑，并通过改变水相中单体的比例，实现对多孔碳材料孔结构的调控。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种醛糖对高内相乳液模板法制备多孔碳的调控方法。 涉及到三聚氰胺与甲醛的反应，同时利用葡萄糖多羟基醛和其在酸性条件下可以部分原位转化为活性中间体羟甲基糠醛的性质，然后直接与其他单体形成聚合物网络，来实现用葡萄糖部分替代甲醛的目的。通过调整葡萄糖与甲醛的质量比，可实现对制备的多孔碳材料孔结构及电化学性能的调控研究。同时可以减少有毒化学品甲醛的使用，响应当今社会提倡的绿色化工的政策。

本发明的目的是通过以下的技术方案实现的：

一种醛糖对高内相乳液模板法制备多孔碳的调控方法，具体步骤如下：

包括如下步骤：

（1）将葡萄糖、三聚氰胺、甲醛单体、盐酸溶液和表面活性剂完全溶解在去离子水中配成水相；

（2）在机械搅拌条件下将油性溶剂作为油相以每秒一滴的速度缓慢滴加到步骤（1）得到的水相中，搅拌1h得到水包油型高内相乳液；

（3）将步骤（2）得到的高内相乳液密封后进行聚合反应，得到固体块状粗产物，将粗产物在乙醇中索氏提取12h，除去内相，真空干燥后得到聚合物前驱体；

（4）将干燥后的聚合物前驱体进行碳化，得到多孔碳材料；

（5）用氢氧化钾溶液与制备的多孔碳材料进行混合，干燥后进行活化，得到多孔碳材料。