CN104507861A - 多孔碳及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多孔碳及其制备方法。根据本发明的多孔碳是由具有包含金属和氧的组成的碳化物得到的。根据本发明的多孔碳同时包括微孔和介孔，并且具有大的比表面积，而因此可以有利地用于多个领域。

Description

多孔碳及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种多孔碳及其制备方法。更具体而言，本发明涉及具有大的比表面积的高度多孔碳，及其制备方法。本申请要求于2012年7月27日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2012-0082714号的优先权，其全部内容以引用的方式并入到本文中。
背景技术
碳材料为应用于许多不同工业(例如，催化剂、燃料电池、二次电池的电极材料、超级电容、复合材料、气敏元件、太阳能电池、多种电子器件等)的非常有用的材料。碳以大量不同的形式应用。
具体而言，碳纤维、碳纳米管等具有非常优异的机械性能，同时具有高的导电性，而对于具有非常高比表面积的活性炭或无定形炭，由于高度的多孔性和稳定性，在燃料电池和二次电池的电极材料领域进行了大量的研究。以及，其作为用于燃料(如烃或氢等)的气体存储材料或作为可以纯化污染区域或纯化有害气体(如二氧化碳等)的分离体引起关注。
近来，由碳化物得到的碳(CDC)被研究作为多孔碳材料，并且其受到大量的关注(Gogotsi et al.1997J.Mater.Chem.7:1841-1848；Boehm et al.Proc.12th Biennial Conf.on Carbon149-150(Pergamon,Oxford,1975)。大部分无定形CDC具有2nm以下的微孔，据报道其选择性的产生理想地适合于氢存储的0.6～0.9nm的孔。
然而，在多种工业中，如半导体或重气体存储、医疗或润滑剂吸附剂的吸附体等也大量需求2nm以上的介孔。
近来，控制孔的体积和控制比表面积和孔径作为更重要的性能而引起注意。因此，为了控制孔，使用多种原料尝试CDC的合成。作为CDC的原料，使用大部分的碳化物，如TiC、ZrC、WC、SiC、TaC、B4C、HfC、Al4C3等，但是没有得到根据碳化物的金属原子的种类的显著的结果，还没有报道可以形成2nm以上的介孔的CDC。
发明内容
技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明的一个目的是提供包含微孔和介孔且具有高比表面积的多孔碳。
本发明的另一目的是提供制备所述多孔碳的方法。
技术方案
本发明提供了由具有由下面的通式1表示的组成的碳化物得到的多孔碳：
[通式1]
M(CxOy)
(在通式1中，M为选自Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、W、Hf和Ta中的至少一种金属；
X为0.6至0.99，以及y为0.01至0.4)。
本发明还提供了由具有由下面的通式2表示的组成的碳化物得到的多孔碳：
[通式2]
M(CxOyAz)
(在通式2中，M为选自Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、W、Hf和Ta中的至少一种金属；
A为硼(B)或氢(H)；
X为0.6至0.99，y为0.01至0.4，以及z为0.01至0.4)。
本发明还提供了制备多孔碳的方法，其包括如下步骤：
使选自Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、W、Hf、Ta金属和其氧化物中的至少一种金属源与碳源混合；
加热所述混合物以形成碳化物；
使所述碳化物与卤素气体反应；和
在氢气氛围下加热所述反应混合物。
有益效果
通过同时包含具有2nm或更大的尺寸的介孔和具有小于2nm的微孔，本发明的多孔碳可以有利地用于需要相对大孔的多种应用领域和需要小孔的领域。
并且，根据本发明的多孔碳的制备方法，通过控制碳化物的各组分的组成比，可以简单的方法容易地制备具有多种尺寸孔和比表面积的多孔碳。
附图说明
图1为显示根据实施例1至4制备的碳化物的XRD结果的图。
图2为显示在根据实施例1至4制备的碳化物的XRD中的(111)峰位移的图。
图3a为显示根据实施例1至4和对比实施例1制备的多孔碳的微孔和介孔的体积的图。
图3b为显示根据实施例1至4和对比实施例1制备的多孔碳的比表面积的图。
图4为显示根据实施例5至8制备的碳化物的XRD结果的图。
图5为显示根据在根据实施例5至8制备的碳化物的XRD中的晶格常数的变化的(111)峰位移的图。
图6a为显示根据实施例5至8制备的多孔碳的微孔和介孔的体积的图。
图6b为显示根据实施例5至8制备的多孔碳的比表面积的图。
图7为显示根据实施例9至14制备的碳化物的XRD结果的图。
图8为显示在根据实施例9至14制备的碳化物的XRD中的(111)峰位移的图。
图9a为显示根据实施例9至14制备的多孔碳的微孔和介孔的体积的图。
图9b为显示根据实施例9至14制备的多孔碳的比表面积的图。
具体实施方式
根据本发明的一个实施方式的多孔碳是由具有通过下面通式1表示的组成的碳化物得到的。
[通式1]
M(CxOy)
(在通式1中，M为选自Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、W、Hf和Ta中的至少一种金属；
X为0.6至0.99，以及y为0.01至0.4)。
根据本发明的另一实施方式的多孔碳是由具有通过下面通式2表示的组成的碳化物得到的。
[通式2]
M(CxOyAz)
(在通式2中，M为选自Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、W、Hf和Ta中的至少一种金属；
A为硼(B)或氢(H)；
X为0.6至0.99，y为0.01至0.4，以及z为0.01至0.4)。
并且，根据本发明的一个实施方式的制备多孔碳的方法包括如下步骤：使选自由选自Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、W、Hf和Ta的金属和其氧化物中的至少一种金属源与碳源混合；加热混合物以形成碳化物；使所述碳化物与卤素气体反应；并在氢气氛围下加热所述反应混合物。
在下文中，将参照附图详细地解释根据本发明的多孔碳和其制备方法。
多孔碳
根据本发明的一个方面，提供了从具有由以下通式1表示的组成的碳化物得到的多孔碳。
[通式1]
M(CxOy)
(在通式1中，M为选自Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、W、Hf和Ta中的至少一种金属；
x为0.6至0.99，以及y为0.01至0.4)。
在通式1的组成中，金属(M)可以为选自Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、W、Hf和Ta中的至少一种；
根据本发明的一个实施方式，所述金属(M)可以为Ti。
在通式1中，x为碳的摩尔比，以及可以具有宽的组成范围，因为碳空位(vacancy)是稳定的。以及，y为氧的摩尔比，具有相对小的组成范围，以及如果y大于0.4，其余的未反应的氧可以生成氧化物，如Ti2O3等。
由于具有由以下通式1表示的组成的碳化物允许在晶体中根据金属和氮的尺寸或结合能力而存在空位，因此，M:(CxOy)可具有非化学计量组成。
根据本发明的一个实施方式，x可以为0.6至0.99，优选0.6至0.9，更优选0.6至0.8。以及，y可以为0.01至0.4，优选为0.1至0.4，更优选0.2至0.4。
根据本发明的另一个实施方式，金属(M)可为包含Ti和其他金属(M’)原子(即，选自V、Cr、Zr、Nb、Mo、W、Hf和Ta中的至少一种)的复合金属。其中，通式1的碳化物可由以下通式1a表示。
[通式1a]
(Ti1-aM’a)(CxOy)
(在通式1a中，M’为选自V、Cr、Zr、Nb、Mo、W、Hf和Ta中的至少一种金属；
a为0.01至0.3，x为0.6至0.99，以及y为0.01至0.4)。
在通式1a的组成中，a表示M’的摩尔比，x表示碳的摩尔比，以及y表示氧的摩尔比。
根据本发明的一个实施方式，a可以为0.01至0.3，优选0.01至0.2。以及，x可以为0.6至0.99，优选0.6至0.7。以及，y可以为0.01至0.4，优选为0.1至0.4，更优选0.2至0.4。
由通式1a表示的碳化物可为置换固溶体，其中金属(M)包括Ti以及选自Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、W、Hf和Ta中的至少一种取代地局部在Ti位点插入。
根据本发明的一个实施方式，通式1或通式1a的碳化物可为仅由金属、氧和碳组成的固溶体化合物。
根据本发明的另一实施方式，碳化物可为置换固溶体或间隙固溶体，其中，在通式1中，氢(H)或硼(B)中的至少一种置换地或填隙地局部插入氧位点。
在氧原子被氢(H)或硼(B)中的至少一种以置换的形式或填隙的形式取代的情况下，所述碳化物可具有由以下通式2表示的组成。因此，根据本发明的一个实施方式的多孔碳可为从具有由以下通式2表示的组成的碳化物得到的多孔碳。
[通式2]
M(CxOyAz)
(在通式2中，M为选自Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、W、Hf和Ta中的至少一种金属；
A为硼(B)或氢(H)；
X为0.6至0.99，y为0.01至0.4，以及z为0.01至0.4)。
在通式2的组成中，x表示碳的摩尔比，y表示氧的摩尔比，以及z表示硼或氢的摩尔比。
根据本发明的一个实施方式，x可以为0.6至0.99，优选0.6至0.7。以及，y可以为0.01至0.4，优选为0.1至0.4，更优选0.2至0.4。以及，z可以为0.01至0.4，优选0.01至0.3。
本发明的多孔碳是碳化物衍生炭(CDC)。所述碳化物衍生炭是通过使碳化物与含有卤素的气体进行热化学反应以除去碳化物中碳之外的原子而制备的炭，与现有的活性炭相比，其作为储氢材料和电极材料显示出令人满意的物理性质，因此其引起关注。
对于碳化物衍生炭，尽管具有2nm以下微孔的多孔碳化物衍生炭是已知的，但是并不容易形成包括2nm以上尺寸的介孔的各种尺寸的孔。
如此处所采用的，微孔是指直径小于大约2nm的孔，以及介孔是指直径在大约2nm以上(例如，大约2至50nm)的孔。
在本发明的多孔碳的表面上，形成了包括微孔和介孔的多种孔。
如上面所解释的，由于本发明的多孔碳既包括小于2nm的微孔又包括2nm以上的介孔，因此其可以有利地用于各种应用领域，包括需要相对大孔的领域，如比氢气重的气体的贮存、医疗或润滑吸附剂的吸附体、催化剂、大容量电容器的电极、过滤器等，以及如氢气的较轻气体的贮存和吸附。
以及，基于多孔碳的总体积，包括微孔和介孔的孔的体积比可以为60％以上，例如，约60％至约85％，优选约70％至约85％。通过从0至1大气压引入氮气并将吸附的氮气的量转换成体积，同时保持固定的温度，例如，使用液氮保持在77K，来测量孔的体积。其中，基于充满气体的孔，通过用孔的体积除以总体积可以计算孔的体积比。
根据本发明的一个实施方式，在多孔碳中，具有小于2nm直径的微孔可为约0.001至约1.5cm3/g，优选约0.01至约1.2cm3/g，具有2nm以上直径的介孔可为约0.01至约2.5cm3/g，优选约0.1至约2.3cm3/g。
根据本发明的一个实施方式，多孔碳可以具有约400m2/g以上，例如，约400至约4,000m2/g，优选约500至约3,500m2/g的比表面积。假定在从0大气压至1大气压引入氮气的同时在各压力条件下氮气被吸附为单分子层，同时保持固定温度，例如，使用液氮保持在77K，通过以下公式1可计算比表面积。
[公式1]
SSA＝V单/22400*σ*N＝4.35V单
(SSA＝比表面积[m2/g]，V单＝测量的每克孔的吸附为单分子层的氮气的体积[m3/g]，22400＝1摩尔氮气的体积[m3/mol],σ＝氮的横截面积[m2/原子],N＝阿佛加德罗常数[原子/mol])。
如在下文中详细描述，所述多孔碳可以通过如下方法获得：使选自由选自Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、W、Hf和Ta的金属和其氧化物中的至少一种金属源与碳源混合，加热所述混合物以形成碳化物，和除去碳之外的原子。
多孔碳的制备方法
根据本发明的另一方面，提供了一种包括以下步骤的制备多孔碳的方法：使选自由选自Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、W、Hf和Ta的金属和其氧化物中的至少一种金属源与碳源混合；加热所述混合物以形成碳化物；使所述碳化物与卤素气体反应；并在氢气氛围下加热所述反应混合物。
根据本发明的一个实施例，所述碳化物可具有由以下通式1表示的组成。
[通式1]
M(CxOy)
在通式1中，M为选自Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、W、Hf和Ta中的至少一种金属；
x为0.6至0.99，以及y为0.01至0.4。
在通式1的组成中，金属(M)可以为选自Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、W、Hf和Ta中的至少一种；
根据本发明的一个实施方式，所述金属(M)可以为钛(Ti)。
根据本发明的另一个实施方式，金属(M)可为包含Ti和其他金属(M’)原子(即，选自V、Cr、Zr、Nb、Mo、W、Hf和Ta中的至少一种)的复合金属。
其中，通式1的碳化物可由以下通式1a表示。
[通式1a]
(Ti1-aM’a)(CxOy)
在通式1a中，M’为选自V、Cr、Zr、Nb、Mo、W、Hf和Ta中的至少一种金属；
a为0.01至0.3，x为0.6至0.99，以及y为0.01至0.4。
在通式1a的组成中，a表示M’的摩尔比，x表示碳的摩尔比，以及y表示氧的摩尔比。
在通式1或通式1a的碳化物中，所述碳化物可为固溶体粉末。
根据本发明的一个实施方式，在使金属或其氧化物与碳源混合的步骤中，可以进一步添加和混合氢(H)源或硼(B)源。所述氢源或硼源氧源可为气体、液态或固态元素或分子，只要其包括氢或硼即可。以及，可以使用氧化物、水合物(hydrate)或金属化合物等而没有特殊的限制，只要其包括氢或硼即可。
在使金属或其氧化物与碳源混合的步骤中，在进一步加入和混合氢(H)源或硼(B)源的情况下，碳化物可具有由以下通式2表示的组成。因此，根据本发明的一个实施方式的多孔碳可为从具有由以下通式2表示的组成的碳化物得到的多孔碳。
[通式2]
M(CxOyAz)
在通式2中，M为选自Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、W、Hf和Ta中的至少一种金属；
A为硼(B)或氢(H)；
x为0.6至0.99，y为0.01至0.4，以及z为0.01至0.4。
在通式2的组成中，x表示碳的摩尔比，y表示氧的摩尔比，以及z表示硼或氢的摩尔比。
通式1、1a和2的细节如在上述的多孔碳中所解释。
根据本发明的一个实施方式，在使选自金属和其氧化物的至少一种金属源与碳源混合的步骤的同时或在该步骤之后，可进行粉碎步骤。例如，可使用高能球磨机进行所述粉碎步骤。通过使用高能球磨机，可以将金属源和碳源的混合物更均匀地混合，并且由于用比常规球磨机更高的能量来粉碎混合物，所以可以提高缺陷的量从而稳定地在大约800至大约1600℃的温度下制备碳化物固溶体粉末，该温度低于常规的碳化物粉末的制备温度(大约1700至大约2200℃)。
当使用高能球磨机，例如，使用如超微磨碎机、行星式磨机或水平轧机等设备进行粉碎时，优选以大约10:1以上的BPR(球粉比)以及大约50rpm以上的粉磨速度进行干式粉碎。
加热混合物以形成碳化物的步骤可在大约800至大约1600℃，优选在大约1300至大约1500℃的温度下进行大约5分钟至大约5小时，优选大约1小时至大约2小时。
使碳化物与卤素气体反应以形成多孔碳的步骤可在大约400至大约1200℃，优选在大约400至大约800℃的温度下进行大约1至大约5小时，优选大约1小时至大约3小时。其中，所用的卤素气体可优选为氯气。
通过使碳化物与卤素气体反应，在碳化物中，除了碳之外的大多数金属(M)、氧、硼和氢被除去，从而在这些原子的位点形成孔，因此获得多孔碳。
在使碳化物与卤素气体反应后，进行在氢气氛围下加热的步骤。在氢气氛围下加热的步骤可在大约400至大约1000℃，优选在大约400至大约800℃的温度下进行，从而剩余的卤素气体可被去除。
并且，根据本发明的一个实施方式，在氢气氛围下加热以除去剩余的卤素气体的步骤之后，可以进一步进行活化孔的步骤。
通过进行活化孔的步骤，更多的孔在表面产生，或者孔的直径可增加，从而更加增大每单位质量的表面积。但是，使用二氧化碳的常规孔活化工艺可能会引起明显的质量损失，这是因为在活化过程中碳被分解。
根据本发明的一个实施方式，活化孔的步骤可通过以下步骤进行：在选自惰性气体(如He或Ar)和N2气的至少一种气体的氛围下加热多孔碳粉末直至达到一特定的温度，例如，大约25至大约1000℃，并在达到的温度下加热一特定的时间，例如，大约10分钟至大约2小时，使用二氧化碳气体(CO2)。通过在引入二氧化碳之前使用惰性气体进行孔活化，可以有效地实现孔活化，同时降低碳损失。
在下文中，将参照以下实施例详细地解释本发明。但是，这些实施例仅用于示例性地解释本发明，而本发明的范围并不限于此。
实施例
实施例1
制备18.7848g的TiO2和6.2152g的炭粉并将其混合。
使用YSZ(钇稳定的二氧化锆)球利用行星式磨机以250rpm以30:1的BPR(球粉比)干式粉碎所述混合物20小时。
在完成碾磨后，使用石墨真空炉在真空下在1500℃下加热所述粉碎的混合物2小时以通过还原和碳化制备具有Ti(C0.648O0.273)组成的碳化物粉末。
在800℃下利用氯气处理3.00g所述制备的碳化物粉末3小时，然后，在氢气氛围下在600℃下加热2小时，从而除去残留的氯气以得到多孔碳粉末。
实施例2至4
除了改变TiO2和炭粉末的量之外，通过与实施例1相同的方法制备多孔碳粉末。
使用的原料的量和所得的碳化物的组成示于下面的表1中。
以及，根据各实施例的多孔碳的比表面积(SSA)、微孔的体积和介孔的体积也示于下面的表1中。
对比实施例1
在800℃下利用氯气处理3.00g市售的TiC粉末(Aldrich，1-3μm)3小时，然后，在氢气氛围下在600℃下加热2小时，从而除去残留的氯气以制备多孔碳粉末。
[表1]
从表1中，可以看出总的比表面积(SSA)与微孔的体积成比例。
在实施例2中得到微孔、介孔和比表面积的最大值，所述实施例2是由具有0.753:0.231的C:O组成的碳化物得到的。
图1显示了根据实施例1至4制备的碳化物的XRD结果。
参照图1，可以看出仅存在Ti(CO)相和石墨相。
图2显示了在根据实施例1至4制备的碳化物的XRD中的(111)峰位移。
参照图2，可以看出：尽管晶体的晶格常数与所述多孔碳中的碳和氧分数成比例地变化，但是即使在碳化物组成中的氧含量从约0.1增加值约0.3，也仅是晶体中的间隙变化，而晶体结构没有变化。
图3a为显示根据实施例1至4和对比实施例1制备的多孔碳的微孔和介孔的体积的图。
图3b为显示根据实施例1至4和对比实施例1制备的多孔碳的比表面积的图。
参照图3a和3b，可以看出：随着从实施例1至实施例4在多孔碳中的组成的氧含量增加，微孔的量增加，并且具有约0.231的氧摩尔分数的实施例2显示最大的孔体积和比表面积。
实施例5至8
为了由其中硼(B)是被置换地插入的固溶体的碳化物制备多孔碳，制备18.2108g的TiO2、0.158g的B2O3和6.6305g的炭粉末并将其混合。
然后，通过与实施例1相同的方法实施余下的步骤，从而制备实施例5的多孔碳粉末。
对于实施例6至8，当改变B2O3含量时制备碳化物，然后，通过与实施例1相同的方法制备多孔碳粉末。
使用的原料的量和所得的碳化物的组成示于下面的表2中。
以及测量根据各实施例的多孔碳的比表面积(SSA)、微孔的体积和介孔的体积，并且结果也示于下面的表2中。
[表2]
图4为显示根据实施例5至8制备的碳化物的XRD结果的图。
图5为显示根据在根据实施例5至8制备的碳化物的XRD中的晶格常数的变化的(111)峰位移的图。
参照图4和5，可以看出：即使在实施例5至8中硼含量增加，仅晶体的间隙变化，而晶体结构没有改变。因此，可以看出所述碳化物为其中硼被置换地插入的固溶体。
图6a为显示根据实施例5至8制备的多孔碳的微孔和介孔的体积的图。
图6b为显示根据实施例5至8制备的多孔碳的比表面积的图。
图6a和6b显示在由其中硼被置换地地插入的碳化物固溶体得到的多孔碳的情况下，除了实施例7之外，介孔的体积显著增加。可以解释如下：如果存在适当量的硼，在制备多孔碳的过程中所述硼以气相形式与氧一起蒸发。然而，由于蒸发的复杂性，根据组成比难以发现趋势。
实施例9至14
为了由其中氢(H)被填隙地插入的固溶体碳化物来制备多孔碳，制备18.3335g的TiO2、0.0575g的TiH2和6.6089g的炭粉末并将其混合。
然后，通过与实施例1相同的方法实施余下的步骤，从而制备实施例9的多孔碳粉末。
对于实施例10至14，当改变TiH2含量时制备碳化物，然后，通过与实施例1相同的方法制备多孔碳粉末。
使用的原料的量和所得的碳化物的组成示于下面的表3中。
[表3]
图7为显示根据实施例9至14制备的碳化物的XRD结果的图。
图8为显示在根据实施例9至14制备的碳化物的XRD中的(111)峰位移的图。
参照图7和8，可以看出：在实施例9至14中，即使氧含量增加，仅仅晶格常数变化，晶体结构没有变化。
图9a为显示根据实施例9至14制备的多孔碳的微孔和介孔的体积的图。
图9b为显示根据实施例9至14制备的多孔碳的比表面积的图。
参照图9a和9b，可以看出根据实施例9至14制备的多孔碳粉末中同时存在微孔和介孔。特别地，在具有Ti(C0.665H<0.05>O0.285)组成的实施例11中明显存在这种现象。
实施例15
为了由其中钨(W)被置换地地插入到钛(Ti)位点的固溶体碳化物制备多孔碳，制备12.9607g的TiO2、5.1294g的WO3和6.9104g的炭粉末并将其混合。
然后，通过与实施例1相同的方法实施余下的步骤，从而制备多孔碳粉末。
与对比实施例1和实施例4相比，所述多孔碳的比表面积(SSA)、微孔体积和介孔体积示于下面的表4中。
根据结果，就比表面积、微孔率和介孔率而言，实施例15优于对比实施例1。此外，其显示：就比表面积和多孔率(multi-porosity)的增加而言，由其中钨被置换地插入的碳化物制备的多孔碳优于仅使用钛(Ti)作为金属原子的实施例14。
[表4]
实施例16
在1,000℃下利用氯气处理具有组成Ti(C0.827O0.167)的碳化物粉末(通过与实施例1相同的方法制备)3小时，然后，在600℃下加热2小时，从而除去剩余的氯气以得到多孔碳粉末。
实施例17
在He氛围下加热在实施例16中得到的多孔碳粉末，并且当达到970℃的温度时，通过以30sccm流入CO230分钟来实施孔活化工艺。
测量根据实施例16和17的多孔碳的比表面积(SSA)、微孔的体积和介孔的体积，并且结果示于下面的表5中。
[表5]
如所示，根据本发明的活化工艺，通过使用例如He的惰性气体、N2等作为升温氛围，可以减少碳损失，并且显示用于增加介孔的显著的CO2活化效果。
根据常规的孔活化工艺，从室温流入CO2气体，以及在970℃下2小时的活化工艺的过程中，产生大约70％的碳损失，然而，根据本发明的活化工艺，即使在970℃下实施CO2活化仅30分钟，产生更少的碳损失，例如，60％的碳损失，并且可以有效地增加介孔。

Claims (20)

1.由具有由下面的通式1表示的组成的碳化物得到的多孔碳：
[通式1]
M(CxOy)
在通式1中，M为选自Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、W、Hf和Ta中的至少一种金属；
X为0.6至0.99，以及y为0.01至0.4。
2.根据权利要求1所述的多孔碳，其中，所述多孔碳包含具有小于2nm直径的微孔和具有2至50nm直径的介孔。
3.根据权利要求2所述的多孔碳，其中，所述孔的总体积分数为60％至85％。
4.根据权利要求1所述的多孔碳，其中，所述多孔碳具有400至4,000m2/g的比表面积。
5.根据权利要求1所述的多孔碳，其中，所述碳化物为固溶体粉末，以及所述多孔碳是由所述固溶体粉末得到的。
6.根据权利要求1所述的多孔碳，其中，所述通式1的碳化物由下面的通式1a表示：
[通式1a]
(Ti1-aM’a)(CxOy)
在通式1a中，M’为选自V、Cr、Zr、Nb、Mo、W、Hf和Ta中的至少一种金属；
a为0.01至0.3，x为0.6至0.99，以及y为0.01至0.4。
7.由具有由下面的通式2表示的组成的碳化物得到的多孔碳：
[通式2]
M(CxOyAz)
在通式2中，M为选自Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、W、Hf和Ta中的至少一种金属；
A为硼(B)或氢(H)；
X为0.6至0.99，y为0.01至0.4，以及z为0.01至0.4。
8.根据权利要求7所述的多孔碳，其中，所述碳化物为其中氢(H)或硼(B)中的至少一种以置换或填隙的形式部分地插入的固溶体粉末。
9.一种制备多孔碳的方法，其包括如下步骤：
使选自Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、W、Hf、Ta金属和其氧化物中的至少一种金属源与碳源混合；
加热混合物以形成碳化物；
使所述碳化物与卤素气体反应；和
在氢气氛围下加热反应混合物。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述碳化物具有由下面的通式1表示的组成：
[通式1]
M(CxOy)
在通式1中，M为选自Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、W、Hf和Ta中的至少一种金属；
x为0.6至0.99，以及y为0.01至0.4。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，在使金属源与碳源混合的步骤中，进一步加入并混合氢(H)源或硼(B)源。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述碳化物具有由下面的通式2表示的组成：
[通式2]
M(CxOyAz)
在通式2中，M为选自Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、W、Hf和Ta中的至少一种金属；
A为硼(B)或氢(H)；
x为0.6至0.99，y为0.01至0.4，以及z为0.01至0.4。
13.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括：在使金属源与碳源混合的步骤的同时或之后，粉碎混合物的步骤。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述粉碎混合物的步骤是使用高能球磨机实施的。
15.根据权利要求9所述的方法，其中，在800至1600℃的温度下实施加热混合物以形成碳化物的步骤5分钟至5小时。
16.根据权利要求9所述的方法，其中，所述卤素气体为氯气(Cl2)。
17.根据权利要求9所述的方法，其中，在400至1,200℃的温度下实施使碳化物与卤素气体反应的步骤1至5小时。
18.根据权利要求9所述的方法，其中，在400至1,000℃的温度下实施在氢气氛围下加热的步骤。
19.根据权利要求9所述的方法，其中，其进一步包括：在氢气氛围下加热步骤之后的活化孔的步骤。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述活化孔的步骤包括：
在选自惰性气体和N2气中的至少一种气体的氛围下加热所述多孔碳；和
在加热的温度下流入二氧化碳气体(CO2)。
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