CN104743542B - 一种空心介孔碳球及其制备方法 - Google Patents

一种空心介孔碳球及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104743542B
CN104743542B CN201410612021.9A CN201410612021A CN104743542B CN 104743542 B CN104743542 B CN 104743542B CN 201410612021 A CN201410612021 A CN 201410612021A CN 104743542 B CN104743542 B CN 104743542B
Authority
CN
China
Prior art keywords
hollow
hole
mesoporous
ball
surfactant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201410612021.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104743542A (zh
Inventor
赵东林
刘晓红
赵海静
姚冉冉
马少武
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing University of Chemical Technology
Original Assignee
Beijing University of Chemical Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing University of Chemical Technology filed Critical Beijing University of Chemical Technology
Priority to CN201410612021.9A priority Critical patent/CN104743542B/zh
Publication of CN104743542A publication Critical patent/CN104743542A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104743542B publication Critical patent/CN104743542B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)

Abstract

本发明涉及一种空心介孔碳球及其制备方法，属于材料技术和新能源领域。本发明以具有贯穿孔道的有序介孔纳米二氧化硅球为模板，糠醇为碳源，通过碳化、除模板制备具有介孔结构的空心碳球。空心碳球为由介孔碳组成的薄壁空心结构，颗粒分散均匀，粒径直径范围为1～3μm，粒径直径具有可调性。用空心介孔碳球制成的超级电容器，具有高的比容量和容量保持率。

Description

一种空心介孔碳球及其制备方法
技术领域
本发明涉及介孔碳球材料领域，尤其涉及一种由介孔碳构成球壁的空心碳 球的制备方法。
背景技术
自20世纪九十年代C60被发现，又相继发现碳纳米管和石墨烯，他们高的 比表面积、高的强度以及优越的化学稳定系与热稳定性引起了科研工作者广泛 的关注。其中，空心球的特殊空心结构使得这种材料与其块体材料相比具有比 表面积大、密度小等特性，因此空心球的应用范畴不断扩大。
由于空心碳微球在电化学、催化、吸附等方面表现出的有异性更是受到研 究者的青睐，其合成方亦各成体系，其中以模板法、水热法、化学气象沉淀法 及碳源裂解法比较系统。
本发明的目的是以单分散性具有贯穿孔道的有序介孔纳米二氧化硅球为模 板，制备出具有介孔结构球壁的空心碳球，球径具有可调性。本发明采用的方 法只需经过浸渍、碳化、除去模板过程就能得到空心碳球材料。该方法制备空 心碳球具有产率高、可控性好等优点。
本发明的所得的具有介孔结构球壁的空心碳球的制备方法包括如下步骤：
步骤一：本发明首先按一定摩尔比称取硅源与表面活性剂，然后将表面活 性剂溶于880ml的PH在10左右的去氨水溶液中，随后加入硅源，搅拌2h，静 置一定的时间后离心洗涤后得到具有贯穿孔道的有序介孔纳米二氧化硅球；
步骤二：将步骤一得到的具有贯穿孔道的有序介孔纳米二氧化硅球浸渍于 一定的糠醇中，真空静置2h后，于80℃反应24h得到棕色固体，在160℃预碳 化6h，然后将制得的复合材料在氮气保护，以1℃/min升温速率升至850℃后保 温2h，得到黑色粉末，随后将其在HF中浸泡24h洗涤干燥后得到空心碳球。
本发明进一步的优选方案是：所述碳源选自糠醇。
本发明进一步的优选方案是：所述表面活性剂选自十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)。
本发明进一步的优选方案是：所述硅源与表面活性剂的摩尔比选自 1∶0.0625～1∶0.125。
本发明进一步的优选方案是：使用氨水调节PH值。
本发明由于采用具有介孔孔道结构球壁的空心碳球作为超级电容器电极材 料，具有较高的放电比容量和电容保持率。通过电化学测试，在0.02电流密度 下，首次放电比容量高达177F/g，0.1A电流密度下，其放电比容量稳定在121 F/g，在大电流密度1A/g下比容量仍有107F/g。
附图说明
附图1具有贯穿孔道的有序介孔纳米二氧化硅球的扫描电镜照片(a)和高 分辨透射照片(b)。
附图2空心碳球的扫描电镜(SEM)图。
附图3空心碳球的透射电镜(TEM)图。
附图4空心碳球的XRD图谱。(a为小角XRD图；b为大角XRD图)
附图5空心碳球氮气吸脱附曲线(a)和孔径分布曲线(b)。
附图6空心碳球在不同电流密度下的比容量图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行更详细地说明
实施例1
按摩尔比1∶0.125称取正硅酸乙酯(TEOS)5.6ml与表面活性剂CTAB 0.56g， 取24ml氨水溶于880ml去离子水中，加热至50℃，然后将CTAB加如其中，降 至室温后加入5.6ml TEOS，搅拌2h，静置一定的时间后离心洗涤后得到具有贯 穿孔道的有序介孔纳米二氧化硅球；将具有贯穿孔道的有序介孔纳米二氧化硅 球浸渍于2ml糠醇中，真空静置2h后，于80℃反应24h得到棕色固体，在160℃ 预碳化6h，然后将制得的复合材料在氮气保护，以1℃/min升温速率升至850℃ 后保温2h，得到黑色粉末，随后将其在HF中浸泡24h洗涤干燥后得到空心碳 球。
附图1具有贯穿孔道的有序介孔纳米二氧化硅球的扫描电镜照片(a)和高 分辨透射照片(b)可以看出，有序介孔孔道贯穿纳米二氧化硅球。
如附图2扫描电镜(SEM)图和附图3透射电镜(TEM)图可以看出空心 碳球具有空心结构，空心碳球直径范围为500nm～3μm，且分布均匀。
如附图4X-射线衍射(XRD)图可以看出空心碳球只含有碳元素一种，同 时具有一定的介孔结构存在。
如附图5空心碳球氮气吸脱附曲线(a)和孔径分布曲线(b)可以看出， 空心碳球为介孔结构。
如附图6不同电流密度下的比容量图所示，在0.1A/g的电流密度下，其容 量最高达到121F/g，即使在高电流密度1A/g下，其容量仍有107F/g。
实施例2
按摩尔比1∶0.25称取正硅酸乙酯(TEOS)2.8ml与表面活性剂CTAB 0.56g， 取24ml氨水溶于880ml去离子水中，加热至50℃，然后将CTAB加如其中， 降至室温后加入2.8mlTEOS，搅拌2h，静置一定的时间后离心洗涤后得到具有 贯穿孔道的有序介孔纳米二氧化硅球；将具有贯穿孔道的有序介孔纳米二氧化 硅球浸渍于2ml糠醇中，真空静置2h后，于80℃反应24h得到棕色固体，在160℃预碳化6h，然后将制得的复合材料在氮气保护，以1℃/min升温速率升至 850℃后保温2h，得到黑色粉末，随后将其在HF中浸泡24h洗涤干燥后得到空心碳球。
实施例3
按摩尔比1∶0.125称取正硅酸乙酯(TEOS)5.6ml与表面活性剂CTAB 0.56g， 取24ml氨水溶于880ml去离子水中，加热至50℃，然后将CTAB加如其中， 降至室温后加入5.6ml TEOS，搅拌2h，静置一定的时间后离心洗涤后得到具有 贯穿孔道的有序介孔纳米二氧化硅球；将具有贯穿孔道的有序介孔纳米二氧化 硅球浸渍于4ml糠醇中，真空静置2h后，于80℃反应24h得到棕色固体，在 160℃预碳化6h，然后将制得的复合材料在氮气保护，以1℃/min升温速率升至 850℃后保温2h，得到黑色粉末，随后将其在HF中浸泡24h洗涤干燥后得到空 心碳球。
实施例4
按摩尔比1∶0.125称取正硅酸乙酯(TEOS)5.6ml与表面活性剂CTAB 0.56g， 取24ml氨水溶于880ml去离子水中，加热至50℃，然后将CTAB加如其中， 降至室温后加入5.6ml TEOS，搅拌2h，静置一定的时间后离心洗涤后得到具 有贯穿孔道的有序介孔纳米二氧化硅球；将具有贯穿孔道的有序介孔纳米二氧 化硅球浸渍于8ml糠醇中，真空静置2h后，于80℃反应24h得到棕色固体， 在160℃预碳化6h，然后将制得的复合材料在氮气保护，以1℃/min升温速率升 至850℃后保温2h，得到黑色粉末，随后将其在HF中浸泡24h洗涤干燥后得到 空心碳球。
以上已对本发明的优选实施例进行了具体说明，但本发明并不限于所述实 施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等 同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范 围内。

Claims (2)

1.一种制备空心介孔碳球的方法，其特征在于：以具有贯穿孔道的有序介孔纳米二氧化硅球为模板，采用硬模板法制备出具有介孔结构的空心碳球；
空心介孔碳球按下列步骤制得：
步骤一：按摩尔比1∶0.0625～1∶0.125称取硅源与表面活性剂，然后将表面活性剂溶于880ml的pH为10的氨水溶液中，随后加入硅源，搅拌2h，静置一定的时间后离心洗涤后得到具有贯穿孔道的有序介孔纳米二氧化硅球；
步骤二：将步骤一得到的具有贯穿孔道的有序介孔纳米二氧化硅球浸渍于一定的糠醇中，真空静置2h后，于80℃反应24h得到棕色固体，在160℃预碳化6h，然后将制得的复合材料在氮气保护，以1℃/min升温速率升至850℃后保温2h，得到黑色粉末，随后将其在HF中浸泡24h洗涤干燥后得到空心碳球；
其中，所述硅源选自正硅酸乙酯(TEOS)，表面活性剂选自十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，所述的糠醇的用量在2ml-8ml之间改变。
2.根据权利要求1所述制备空心介孔碳球的方法，其特征在于，空心球直径具有可调性。
CN201410612021.9A 2014-11-05 2014-11-05 一种空心介孔碳球及其制备方法 Active CN104743542B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410612021.9A CN104743542B (zh) 2014-11-05 2014-11-05 一种空心介孔碳球及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410612021.9A CN104743542B (zh) 2014-11-05 2014-11-05 一种空心介孔碳球及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104743542A CN104743542A (zh) 2015-07-01
CN104743542B true CN104743542B (zh) 2018-07-17

Family

ID=53583916

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410612021.9A Active CN104743542B (zh) 2014-11-05 2014-11-05 一种空心介孔碳球及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104743542B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105858663B (zh) * 2016-06-08 2017-11-28 太原理工大学 一种碗状碳与碳化钼复合材料的制备方法
CN106517140A (zh) * 2016-12-21 2017-03-22 清华大学 一种自支撑介孔碳及其制备方法
CN107572500B (zh) * 2017-10-20 2019-12-13 中南大学 一种纳米/微米碳空心球及其制备方法和应用
CN107804834A (zh) * 2017-11-13 2018-03-16 常州凯途纺织品有限公司 一种糖蜜基水热炭的制备方法
CN110676443A (zh) * 2019-08-23 2020-01-10 广东工业大学 一种以酞菁为前驱体的氮掺杂空心碳球及其制备方法和应用
CN115872402A (zh) * 2022-07-13 2023-03-31 武汉科技大学 一种空心介孔碳球自组装多孔炭微球及其制备方法
CN115838184B (zh) * 2022-12-09 2023-09-29 铜仁学院 一种空心介孔碳球自组装多孔Al2O3微球的制备方法及应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1792788A (zh) * 2005-12-30 2006-06-28 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种六方相贯穿介孔孔道的二氧化硅中空球材料的制备方法
CN101618869A (zh) * 2009-07-28 2010-01-06 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种小尺寸介孔空心碳球的制备方法
CN102054550A (zh) * 2009-11-06 2011-05-11 中国科学院上海硅酸盐研究所 真空纳米浇注制备磁性内核介孔空心碳球的方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1260122C (zh) * 2004-09-14 2006-06-21 武汉大学 空心炭及其合成方法和用途
CN102295281A (zh) * 2011-06-21 2011-12-28 华东理工大学 一种以空心介孔硅球为模板制备分级多孔碳的方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1792788A (zh) * 2005-12-30 2006-06-28 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种六方相贯穿介孔孔道的二氧化硅中空球材料的制备方法
CN101618869A (zh) * 2009-07-28 2010-01-06 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种小尺寸介孔空心碳球的制备方法
CN102054550A (zh) * 2009-11-06 2011-05-11 中国科学院上海硅酸盐研究所 真空纳米浇注制备磁性内核介孔空心碳球的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN104743542A (zh) 2015-07-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104743542B (zh) 一种空心介孔碳球及其制备方法
Wang et al. 3D Ti 3 C 2 T x aerogels with enhanced surface area for high performance supercapacitors
Zhu et al. Black liquor-derived porous carbons from rice straw for high-performance supercapacitors
Hou et al. A co-sol-emulsion-gel synthesis of tunable and uniform hollow carbon nanospheres with interconnected mesoporous shells
Zhao et al. Monodisperse mesoporous TiO2 microspheres for dye sensitized solar cells
CN109671576A (zh) 碳纳米管-MXene复合三维多孔碳材料及其制备方法
Ma et al. A simple method for synthesis of ordered mesoporous carbon
CN101985358A (zh) 一种快速制备碳-二氧化硅复合气凝胶的方法
Yang et al. Nitrogen-enriched carbon with extremely high mesoporosity and tunable mesopore size for high-performance supercapacitors
CN105236411A (zh) 一种高比表面积纳米介孔碳化硅空心球及其制备方法
CN105905908A (zh) 一种基于埃洛石原料制备纳米硅的方法
CN105951218B (zh) 一种具有高比表面积纳米炭纤维的制备
CN106910640A (zh) 一种形态可控的石墨烯纳米片电极材料及其制备方法和应用
JP2007220414A (ja) 触媒層及び固体高分子型燃料電池
Zhang et al. High electrocapacitive performance of bowl-like monodispersed porous carbon nanoparticles prepared with an interfacial self-assembly process
CN103112844A (zh) 一种介孔有序石墨烯的宏量制备方法
JP2008280193A (ja) メソポーラスシリカ微粒子の製造方法、シリカ系被膜形成用塗布液、シリカ系被膜
CN108380223B (zh) 一种基于TiO2/SiO2骨架的四元光子晶体材料及其制备方法
Chen et al. Synthesis of nitrogen-doped hierarchical porous carbon for supercapacitors
CN106549159A (zh) 一种锂硫电池用多孔碳材料及其制备和应用
CN104528740A (zh) 一种有序介孔氧化硅-碳复合材料的制备方法
CN111569797A (zh) 一种反蛋白石型大孔/介孔氮掺杂碳微球及其制备方法
Tran et al. An ultralight and flexible sodium titanate nanowire aerogel with superior sodium storage
CN104591118B (zh) 一种三维状石墨烯/碳纳米管复合微珠的制备方法
EP2879991A1 (de) Verfahren zur herstellung von porösem kohlenstoff

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant