一種可用于超級電容器材料的橢球狀介孔碳的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可適用于超級電容器材料的橢球狀介孔碳的制備方法。即用橢球狀的介孔二氧化硅為硬模板劑，往介孔孔道中填入液態(tài)油月旨，烘干后在惰性氣氛中碳化，除去二氧化硅后，得到橢球狀的介孔碳。本發(fā)明操作簡單，所得橢球狀介孔碳具有較高的離子傳輸性能，適用于超級電容器材料。
【專利說明】一種可用于超級電容器材料的橢球狀介孔碳的制備方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種橢球狀介孔碳的制備方法，更具體地說是涉及將一種橢球狀介孔 二氧化硅為硬模板劑，往其孔道中填入油脂，在惰性氣氛下碳化為相應形貌多孔碳的方法。

【背景技術】
[0002] 二維介觀結構的介孔碳不僅具有大的比表面積、大的孔體積和孔徑，而且其孔道 具有規(guī)整的二維六角，這種平直形狀的孔道有利于電荷的傳輸。因而人們常常將介孔碳用 于超級電容器材料。文獻報道，長的孔道不利于傳質(zhì)，只有短的孔道才有利于傳質(zhì)。而目前 實驗室或市場上能提供的介孔碳主要為CMK系列的介孔碳，它們的孔道都比較長而不利于 電荷傳輸。本發(fā)明提供了一種具有較短孔道的介孔橢球狀碳的制備方法，其具有橢球狀宏 觀形貌，同時具有短而有序的內(nèi)部孔道。
[0003] 文獻以及專利報道制備多孔碳的方法很多，但還沒有關于特殊形貌如橢球狀介孔 碳的制備報道。同時，文獻或?qū)＠卸嘤谜崽腔蚍尤渲茸鎏记膀?qū)體制備，由于用蔗糖做 碳前驅(qū)體制備介孔碳時，需要使用硫酸為催化劑將蔗糖碳化，而用酚醛樹脂做碳前驅(qū)體時， 往往需要事先制備低分子量的酚醛樹脂，因此以上兩種介孔碳的制備方法相對繁瑣。而采 用油脂為碳的前驅(qū)體，由于有原料可以直接購買，因而制備方法顯得簡單。
[0004] 本發(fā)明用實驗室自行合成的橢球狀介孔二氧化硅為硬模板劑，在橢球狀介孔二氧 化硅中填入油脂的情況下，惰性氣氛中高溫碳化，最終得到橢球狀介孔碳。所得介孔碳具有 良好的電化學性能，可以適用于超級電容器的材料。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 用橢球狀的介孔二氧化硅為硬模板劑，往介孔孔道中填入液態(tài)油脂，烘干后在惰 性氣氛中碳化，除去二氧化硅后，得到橢球狀的介孔碳。
[0006] 本發(fā)明的目的是為了解決超級電容器生產(chǎn)過程中所采用的碳材料，其所用的介孔 碳的孔道比較長而影響離子傳輸，結果導致電性能降低。而采用橢球狀介孔碳做超級電容 器，可以很好地解決這個問題。該方法具有生產(chǎn)成本低，工藝簡單，所得橢球狀介孔碳具有 良好的電化學性能等優(yōu)點。
[0007] 本發(fā)明的技術原理： 本發(fā)明的一種橢球狀介孔碳的制備方法。即用橢球狀的介孔二氧化硅為硬模板劑，往 其介孔孔道中填充液態(tài)油脂，烘干后在惰性氣氛中碳化，得到介孔碳/二氧化硅復合物，然 后用氫氧化鈉或氫氟酸等除去二氧化硅，得到橢球狀的介孔碳。
[0008] 本發(fā)明的技術方案： 一種橢球狀介孔碳的制備方法，包括如下步驟： (1)、將液態(tài)油脂溶解于乙醇中，加入橢球狀的介孔二氧化硅微納米粒子，其中液態(tài)油 脂與二氧化硅微納米粒子的質(zhì)量比為0. 5-1. 5:1，優(yōu)選為0. 8-1. 2:1，攪拌均勻后靜置直到 乙醇揮發(fā)干，然后在18-50度下恒溫12-48h，即得到油脂/二氧化硅復合物。
[0009] 所述的橢球狀介孔二氧化硅，其長軸為0. 45?4. 0微米，短軸為0. 3?0. 8微 米，長軸與短軸之比即軸比為1. 5?5. 0。優(yōu)選長軸為1. 3微米，短軸為0. 61微米，長軸 與短軸之比即軸比為2. 36。
[0010] 所述的液態(tài)油脂為大豆油、花生油、葵花籽油、蜂蜜、油菜籽油、棉花籽油的一種或 兩種以上的混合液。
[0011] (2)、將步驟（1)中得到的油脂/二氧化硅復合物在高溫下焙燒，控制焙燒溫度 400-1000°C之間，優(yōu)先在600-1000°C之間進行焙燒，焙燒時間為2-12h，自然冷卻至室溫； 即可得到橢球狀的碳/二氧化硅微納米粒子； (3)將步驟（2)的橢球狀的碳/二氧化硅微納米粒子放入到2 mol. L-I的氫氧化鈉或 I mol. L-I的氫氟酸溶液中（按照質(zhì)量/體積比（復合物：溶液)為1:10的比例)，攪拌24小 時。
[0012] (4)將步驟（3)的混合物過濾，并不斷用去離子水清洗至pH呈中性，然后空氣中干 燥，即得到橢球狀介孔碳。
[0013] 通過本發(fā)明所得的橢球狀介孔碳在超級電容器領域有廣泛的應用前景。
[0014] 本發(fā)明的有益效果： 本發(fā)明的一種橢球狀介孔碳的制備方法，由于是利用橢球狀介孔二氧化硅做硬模板 齊IJ，用常見的液態(tài)油脂為碳前驅(qū)體，但惰性氣氛下高溫碳化而成，由于保留了介孔碳中較短 的孔道，因而具有良好的電化學性能。操作方法簡單，成本低廉、可重復。
[0015]

【專利附圖】

【附圖說明】： 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進一步說明。
[0016] 圖1為介孔類球碳的掃描電子顯微鏡圖像。
[0017] 圖2為橢球狀介孔碳的小角X-射線衍射圖譜。
[0018] 圖3為橢球狀介孔碳的孔徑分布圖。
[0019] 圖4為橢球狀介孔碳的循環(huán)伏安曲線圖。測試條件：將樣品在3M KOH電解質(zhì)溶 液中以一定掃描速率在電勢窗相對于飽和甘萊電極電極在-〇. 5到0. 2V范圍內(nèi)循環(huán)。

【具體實施方式】
[0020] 以下通過具體實施例并結合附圖對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明并不限于以下 實施例。
[0021] 所述方法如無特別說明，均為常規(guī)方法。所述材料如無特別說明，均能從公開商業(yè) 途徑購買得到。
[0022] 形貌各向異性的橢球狀介孔二氧化硅微納米粒子按照以下專利合成：沈紹典 等.CN101850984A: -種橢球狀介孔二氧化硅分子篩及其制備方法合成[P]. 2010-10-06. 實施例1 一種橢球狀介孔碳的制備方法，包括如下步驟： (1 )、稱取大豆油脂〇. 5克，加入到1克橢球狀介孔二氧化硅(長軸為1. 3微米，短軸為 0. 61微米，長軸與短軸之比即軸比為2. 36)中，攪拌均勻后放在18度空氣中晾干，即得到 大豆油脂/二氧化硅復合物； (2)、在氮氣氣氛中，將步驟（1)所得的大豆油脂/二氧化硅復合物置于馬弗爐 (DC-B8/11型，北京獨創(chuàng)科技有限公司）中從室溫緩慢升溫至600°C，并在該溫度下焙燒2h 后，自然冷卻至室溫；即可得橢球狀的碳/Si02微納米粒子； (3) 、步驟（2)焙燒后得到的復合物放入2 mol. L-I的氫氧化鈉溶液中（按照質(zhì)量/體 積比（復合物：溶液）為1:10的比例)，攪拌24小時； (4) 將步驟（3)的混合物過濾，并不斷用去離子水清洗至pH呈中性，然后空氣中干燥， 即得到橢球狀介孔碳。
[0023] 將上述橢球狀介孔碳用掃描電鏡觀察，即得附圖1的電鏡照片，可見樣品仍然保 持橢球狀。
[0024] 將橢球狀介孔碳做小角XRD測試，見圖2,介孔碳樣品在衍射角度1. 1、1. 8和2. 2 度左右具有明顯的衍射峰，經(jīng)確認為二維六角結構。
[0025] 對橢球狀介孔碳進行氮氣吸附-脫附測試，見圖3，樣品的孔徑均勻分布在7. 7 nm左右。
[0026] 對橢球狀介孔碳的電性能進行測試，見圖4,用橢球狀介孔碳材料制備的電極在 6. 0 mol. L-I的KOH中的循環(huán)伏安曲線圖。從圖中可以看出，該電極的氧化還原過程基本呈 對稱狀態(tài)，形成準矩形結構，說明該電極體現(xiàn)良好的電容特征。說明該電極具有好的大電流 充放電特征。此材料有望作為超級電容器的材料用于超級電容器的制備。
[0027] 實施例2 一種橢球狀介孔碳的制備方法，包括如下步驟： (1) 、稱取花生油脂I. 0克，加入到I. 0克橢球狀介孔二氧化硅(長軸為1. 3微米，短軸 為0.61微米，長軸與短軸之比即軸比為2. 36)中，攪拌均勻后放在25度空氣中晾干，即得 到花生油脂/二氧化硅復合物； (2) 、在氬氣氣氛中，將步驟（1)所得的花生油脂/二氧化硅復合物置于馬弗爐 (DC-B8/11型，北京獨創(chuàng)科技有限公司）中從室溫緩慢升溫至800°C，并在該溫度下焙燒4h 后，自然冷卻至室溫；即可得橢球狀的碳/Si02微納米粒子； (3) 、步驟（2)焙燒后得到的復合物放入I mol. L-I的氫氟酸溶液中（按照質(zhì)量/體積 t匕（復合物：溶液）為1:10的比例)，攪拌24小時； (4) 將步驟（3)的混合物過濾，并不斷用去離子水清洗至pH呈中性，然后空氣中干燥， 即得到橢球狀介孔碳。
[0028] 實施例3 一種橢球狀介孔碳的制備方法，包括如下步驟： (1) 、稱取蜂蜜15克，加入到10克橢球狀介孔二氧化硅(長軸為1.3微米，短軸為0.61 微米，長軸與短軸之比即軸比為2. 36)中，攪拌均勻后放在50度空氣中烘干，即得到蜂蜜 /二氧化硅復合物； (2) 、在氮氣氣氛中，將步驟（1)所得的蜂蜜/二氧化硅復合物置于馬弗爐（DC-B8/11 型，北京獨創(chuàng)科技有限公司）中從室溫緩慢升溫至l〇〇〇°C，并在該溫度下焙燒12h后，自然 冷卻至室溫；即可得橢球狀的碳/Si02微納米粒子； (3) 、步驟（2)焙燒后得到的復合物放入2 mol. L-I的氫氧化鈉溶液中（按照質(zhì)量/體 積比（復合物：溶液）為1:10的比例)，攪拌24小時； (4) 將步驟（3)的混合物過濾，并不斷用去離子水清洗至pH呈中性，然后空氣中干燥， 即得到橢球狀介孔碳。
【權利要求】
1. 一種具有較高的電化學性能，可用于超級電容器材料的橢球狀介孔碳的制備方法， 其特征在于：采用橢球狀介孔二氧化硅為硬模板劑，往其中孔道中填入液態(tài)油脂，烘干后， 在惰性氣氛下碳化，然后除去二氧化硅，最后得到橢球狀的介孔碳。
2. 如權利要求1所述的橢球狀介孔碳的制備方法，其特征在于：所述的橢球狀介孔二 氧化硅，其長軸為0.45?4. O微米，短軸為0.3?0.8微米，長軸與短軸之比即軸比為 L 5 ?5. 0〇
3. 如權利要求1所述的橢球狀介孔碳的制備方法，其特征在于：所述的液態(tài)油脂為大 豆油、花生油、葵花籽油、蜂蜜、油菜籽油、棉花籽油的一種或兩種以上的混合液。
4. 如權利要求1所述的橢球狀介孔碳的制備方法，其特征在于：所述的硬模板劑一橢 球狀的介孔二氧化硅顆粒，其長軸為1.3微米，短軸為0.61微米，長軸與短軸之比即軸比 為 2. 36。
5. 如權利要求1所述的橢球狀介孔碳的制備方法，其特征在于：所述的制備過程中所 用的液態(tài)油脂與橢球狀介孔二氧化硅之間的質(zhì)量比為〇. 5-1. 5。
6. 如權利要求1所述的橢球狀介孔碳的制備方法，其特征在于：所述的烘干溫度，其烘 干溫度控制在18-50度之間。
7. 如權利要求1所述的橢球狀介孔碳的制備方法，其特征在于：所述碳化過程中的氣 氛，碳化過程中采用惰性氣氛即氮氣或氬氣保護。
8. 如權利要求1所述的橢球狀介孔碳的制備方法，其特征在于：所述碳化過程中的碳 化溫度，其碳化溫度在400-1000度。
【文檔編號】C01B31/02GK104211039SQ201310221922
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年6月5日 優(yōu)先權日:2013年6月5日
【發(fā)明者】沈紹典, 谷濤 申請人:無錫華臻新能源科技有限公司