CN110386596A - 一种纳米多孔碳球及其制备方法和应用 - Google Patents

一种纳米多孔碳球及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于多孔碳材料技术领域，公开了一种纳米多孔碳球及其制备方法和应用。所述纳米多孔碳球的平均粒径为20～800nm，比表面积为50～5000m2/g，孔容为0.2～2.0cm3/g，石墨化程度ID/IG为0.5～1.8。所述方法是采用卤化聚烯烃类聚合物为原料，先用沉淀法制得聚合物纳米球，再通过水热将聚合物纳米颗粒在低温下碳化，再将其置于惰性气体气氛下进一步碳化。该方法制备的纳米多孔碳球具有良好的球形度，具有微孔介孔结构；本发明工艺简单，操作方便，对设备要求低，可进行大规模制备，具有工业化生产的应用前景。

Description

一种纳米多孔碳球及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于多孔碳材料技术领域，具体涉及一种纳米多孔碳球及其制备方法和应用。
背景技术
多孔碳材料因具有高比表面积、高孔隙率、良好的导电性和导热性、可调控的孔径和表面性能，在催化剂载体、催化剂、超级电容、锂离子电池、太阳能电池等领域有广泛应用。多孔石墨化碳是多孔碳材料的一种，它是以硅胶为模板将吸附的聚合物经过多次高温煅烧而形成的表面富含介孔的球形碳颗粒。多孔碳球起初用作液相色谱的固定相，后来它也被运用在能源储存、吸附剂和药物载体等领域。
多孔碳球的制备方法很多，一般来说归为两大类：一类是在情性气体保护下碳源在高温条件下发生热分解来制备多孔碳球，第二类是在髙压反应釜对聚合物或者其他物质进行低温热解或者催化分解有机化合物来制备多孔碳球。化学气相沉积法，电弧放电法和激光刻蚀法等属于第一类方法，其中化学气相沉积法运用得十分广泛，通过调节温度、碳源流速、沉淀时间和碳球在反应器中的时间能控制多孔碳球的尺寸、形貌和产率等。在高温高压反应釜中以水或者有机溶剂作为反应介质制得多孔碳球的方法也较为常见，中国专利CN101698479和CN101875489公开了一种微米级碳球的制备方法，将葡萄糖溶入锌盐的水溶液，然后将该混合液装入反应釜，在200℃左右保温3～10h，即可获得粒径5～10mm的碳球，碳球的尺寸可通过葡萄糖或锌盐的浓度来控制。
相比于传统的碳球制备方法，即化学气相沉积法，电弧放电法和激光刻蚀法具有产率低、实验条件苛刻和成本高等不足，水热/溶剂热法具有很多优势。但是水热法的碳源普遍是小分子糖类和天然高分子，制备的多孔碳球不能适应诸多领域的不同要求。
发明内容
本发明提供一种纳米多孔碳球，所述纳米多孔碳球的平均粒径为20～800nm，比表面积为50～5000m2/g，孔容为0.2～2.0cm3/g；
例如，所述平均粒径为50～500nm，优选为50～300nm；示例性地，所述平均粒径为100nm、110nm、160nm、200nm、300nm；
例如，所述比表面积为200～3000m2/g，优选为500～1500m2/g；示例性地，所述比表面积为600m2/g、800m2/g、1100m2/g、1200m2/g、1300m2/g；
例如，所述孔容为0.3～1.8cm3/g，优选为0.4～1.0cm3/g；示例性地，所述孔容为0.4cm3/g、0.6cm3/g、0.7cm3/g、0.8cm3/g、0.9cm3/g。
根据本发明，所述纳米多孔碳球具有微孔和介孔共存的物理结构。
根据本发明，所述纳米多孔碳球除无定型碳外还含有石墨结构，石墨化程度(由拉曼光谱中D峰与G峰的相对强度ID/IG来检测)ID/IG为0.5～1.8，优选地为0.6～1.5，还优选为0.8～1.2。
本发明还提供上述纳米多孔碳球的制备方法，该方法以卤化聚烯烃类聚合物为前驱体制备纳米多孔碳球，所述方法操作过程简便，制备得到的纳米多孔碳球除无定型碳外还含有石墨结构，石墨化程度高。
所述纳米多孔碳球的制备方法，包括以下步骤：
(1)以卤化聚烯烃类聚合物为前驱体，制备纳米球形卤化聚烯烃类聚合物；
(2)上述纳米球形卤化聚烯烃类聚合物经水热反应，干燥得粉末，对所述粉末进行碳化处理，得到纳米多孔碳球；
或者，对上述纳米球形卤化聚烯烃类聚合物直接进行碳化处理，得到纳米多孔碳球。
根据本发明，该方法具体包括以下步骤：
(1)将前驱体卤化聚烯烃类聚合物充分溶解于其良溶剂中，得到混合溶液，再将所述混合溶液全部注入前驱体的不良溶剂中，制得卤化聚烯烃类聚合物的纳米球；进一步除去或浓缩溶剂，得到纳米球形卤化聚烯烃类聚合物的粉末或浓缩液；
(2)取上述聚合物的浓缩液放入耐高压水热反应釜中，经水热反应得到含有黑色沉淀的液体，再将上层清液除去，清洗，干燥得到黑色粉末；将上述黑色粉末置入管式炉中进行碳化处理，制备得到纳米多孔碳球；
或者，直接将上述聚合物的粉末置入管式炉中进行碳化处理，制备得到纳米多孔碳球。
根据本发明制备方法，所述卤化聚烯烃类聚合物中，碳、氢和卤素三种元素的质量和不小于该卤化聚烯烃类聚合物质量的90％；
其中，卤素元素的质量占该卤化聚烯烃类聚合物质量的40～85％，优选地，占45～80％，还优选地占60～70％；
所述卤素元素选自F，Cl，Br和I中的一种、两种或更多种，优选为Cl或Br；
所述卤素与碳的摩尔比为(0.5～2.0)∶1，优选为(0.5～1.8)∶1、(0.5～1.0)∶1，示例性地，为0.60∶1、0.68∶1、0.92∶1。
根据本发明制备方法，所述卤化聚烯烃类聚合物包括但不限于卤化聚烯烃、卤化聚卤烯烃；
优选地，所述卤化聚烯烃中的聚烯烃为聚α-烯烃，例如为聚乙烯、聚丙烯、聚1-丁烯、聚1-戊烯、聚1-己烯、聚1-庚烯、聚1-辛烯、聚1-壬烯、聚1-癸烯、聚1-十一烯及其共聚物中的一种、两种或更多种；
优选地，所述卤化聚卤烯烃中的聚卤烯烃中的卤素选自氯或溴，所述聚卤烯烃选自聚氯乙烯、聚溴乙烯、聚1,1-二氯乙烯、聚1,2-二氯乙烯、聚1,1,2-三氯乙烯、聚3-氯丙烯、聚3-溴丙烯、聚氯丁烯、聚溴丁烯等中的一种、两种或更多种；
例如，所述卤化聚烯烃类聚合物包括但不限于卤化聚乙烯、卤化聚丙烯、卤化聚1-丁烯、卤化聚氯乙烯、卤化聚1,1-二氯乙烯、卤化聚1,2-二氯乙烯、卤化聚1,1,2-三氯乙烯、卤化聚3-氯丙烯、卤化聚氯丁烯、卤化聚溴乙烯、卤化聚3-溴丙烯、卤化聚溴丁烯中的一种、两种或更多种；
优选地，所述卤化聚烯烃类聚合物包括但不限于氯化聚乙烯、氯化聚丙烯、氯化聚1-丁烯、氯化聚氯乙烯、氯化聚1,1-二氯乙烯、氯化聚1,2-二氯乙烯、氯化聚1,1,2-三氯乙烯、氯化聚3-氯丙烯、氯化聚氯丁烯、氯化聚溴乙烯、氯化聚3-溴丙烯、氯化聚溴丁烯、溴化聚乙烯、溴化聚丙烯、溴化聚1-丁烯、溴化聚氯乙烯、溴化聚1,1-二氯乙烯、溴化聚1,2-二氯乙烯、溴化聚1,1,2-三氯乙烯、溴化聚3-氯丙烯、溴化聚氯丁烯、溴化聚溴乙烯、溴化聚3-溴丙烯、溴化聚溴丁烯中的一种、两种或更多种；优选地，所述卤化聚烯烃类聚合物选自氯化聚乙烯、氯化聚丙烯、氯化聚氯乙烯、溴化聚乙烯或溴化聚丙烯；示例性地，所述卤化聚烯烃类聚合物选自氯化聚乙烯、氯化聚丙烯。
根据本发明制备方法，所述卤化聚烯烃类聚合物的形态可以是粉末状、多孔粉末状、纤维状或块状。
根据本发明制备方法，所述良溶剂包括但不限于芳烃、酰胺类及氯代烃类；例如选自四氢呋喃、甲苯、二甲苯、氯仿、三氯苯、邻二氯苯、对二氯苯、2,4-二氯酚、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺和N,N-二甲基乙酰胺中的一种、两种或更多种；示例性地，选自四氢呋喃、二甲苯或二甲基亚砜。
根据本发明制备方法，所述不良溶剂包括但不限于醇类、酮类、醚类、烷烃、酯类；例如选自水、氨水、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、异丙醇、正辛醇、苯甲醇、丙酮、丁酮、正己烷、环己烷、甲醚、乙醚、正丙醚、正丁醚、乙酸乙酯、乙酸丁酯中的一种、两种或更多种；示例性地，选自水、甲醇或丙酮。
根据本发明制备方法，所述卤化聚烯烃类聚合物在良溶剂中的浓度为0.0005～20wt％；例如0.005～10wt％；示例性地，浓度为0.9wt％、1wt％、10wt％。
根据本发明制备方法，所述良溶剂与不良溶剂的体积比为(1:1)～(1:10000)；例如(1:2)～(1:2000)，(1:5)～(1:500)，(1:8)～(1:100)，(1:10)～(1:50)。
根据本发明制备方法，步骤(1)中所述充分溶解的具体操作为：搅拌条件下，将前驱体卤化聚烯烃类聚合物加入其良溶剂中，加热回流；
所述加热的温度为40～150℃，优选60～120℃，示例性地，温度为60℃、120℃；
所述回流的时间为1～5小时，优选2～4小时，示例性地，时间为2小时。
根据本发明制备方法，步骤(1)中所述混合溶液全部注入前驱体的不良溶剂的具体操作为：将混合溶液迅速注入快速搅拌的不良溶剂中；
所述搅拌速度为300～2000r/min，优选500～1500r/min，示例性地，搅拌速度为800r/min。
根据本发明制备方法，步骤(2)中还包括在聚合物浓缩液放入耐高压水热反应釜之前，向浓缩液中加入碱性化合物；
所述碱性化合物包括但不限于氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化镁、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸氢钙、碳酸氢镁、碳酸钠、碳酸钾、碳酸钙、碳酸镁、氨水中的一种、两种或更多种；优选地，所述碱性化合物选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸钾或氨水；示例性地，选自氢氧化钠或氢氧化钾；
所述碱性化合物在不良溶剂中的摩尔浓度为0～10mol/L，优选为0～5mol/L。
根据本发明制备方法，步骤(2)中水热反应时，高压反应釜在马弗炉中的升温速率为1～20℃/min，示例性地为1、5、10、15或20℃/min；
所述水热反应的温度为200～400℃，优选为250～350℃，示例性地为350℃；
所述水热反应的时间为1～10小时，优选为2～8小时，示例性地为3小时、6小时、8小时。
根据本发明制备方法，步骤(2)中所述碳化处理的条件为：惰性气氛下，缓慢升温；
所述惰性气氛通过向管式炉系统中通入惰性气体实现的，
所述惰性气体为氮气、氩气、氦气中的一种、两种或更多种；优选为氮气；
所述惰性气体的流量为1～100mL/min，例如5～60mL/min，10～20mL/min；
所述缓慢升温的速率为1～20℃/min，优选为1～10℃/min，例如10℃/min；
所述碳化的温度为200～1000℃，优选为250～800℃，例如500℃、600℃、800℃；
所述碳化的时间为1～10小时，优选为2～7小时，例如3小时。
本发明还提供由上述方法制备得到的纳米多孔碳球。
本发明还提供上述纳米多孔碳球的应用，例如用于离子色谱固定相、锂离子电池电极、电容器电极、催化剂、药物载体、气体吸附、污水处理等领域。
本发明的有益效果是：本发明提供的以卤化聚烯烃类聚合物为前驱体制备纳米多孔碳球的方法，采用卤化聚烯烃类聚合物为原料，先用沉淀法制得聚合物纳米球，再通过水热将聚合物纳米颗粒在低温下碳化，再将其置于惰性气体气氛下进一步碳化；大多数卤化聚烯烃类聚合物在碳化过程中会出现熔融和塌陷，无法保持原有形貌，而本发明的优点是先将聚合物纳米球通过水热碳化，保持其纳米球的球形形貌；再将其置于惰性气体气氛下充分碳化，减少在惰性气体中的碳化时间，大大降低了惰性气体的使用成本，即使使用惰性气氛、其惰性气体的流量也可以大大降低，简化了成碳条件；本发明工艺简单，操作方便，对设备要求低，可进行大规模制备，具有工业化生产的应用前景。
采用该方法制备得到的纳米多孔碳球具有良好的球形度，具有微孔介孔结构，且粒径和比表面积均可以调控；该纳米多孔碳球除了无定型碳外还含有石墨结构，石墨化程度高，具有良好的导电性。该碳球能够用于离子色谱固定相、锂离子电池电极、电容器电极、催化剂、药物载体、气体吸附、污水处理等多个领域。
附图说明
图1为实施例1制备的纳米多孔碳球的扫描电子显微镜图。
图2为实施例1制备的纳米多孔碳球的透射电子显微镜图。
图3为实施例1制备的纳米多孔碳球的氮吸附脱附曲线。
图4为实施例1制备的纳米多孔碳球的拉曼图。
图5为对比例1制备的碳材料的扫描电子显微镜图。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本发明的材料及其制备方法和应用做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
除非另有说明，以下实施例中使用的原料和试剂均为市售商品，或者可以通过已知方法制备。
部分仪器信息如下：
扫描电子显微镜：日本日立公司，仪器型号为HITACHI-S4800，HITACHI-S1510；
透射电子显微镜：日本电子株式会社公司，仪器型号为JEOL JEM-2011；
BET比表面积测定仪：美国康塔仪器公司，仪器型号为NOVA3200e and iQ；
低温基质隔离拉曼光谱：法国HORIBA Jobin Yvon公司，仪器型号为LabRAMARAMIS。
实施例1
将1g氯化聚丙烯(氯元素的质量含量为70wt％，Cl/C摩尔比为0.92:1)溶解在100ml四氢呋喃中，充分搅拌并加热至60℃，氮气作保护气体冷凝回流，充分溶解2小时；将1000ml丙酮放在烧杯中快速搅拌，用一次性注射针管将溶解了氯化聚丙烯的四氢呋喃溶液迅速注入快速搅拌的丙酮中；待所有溶液全部注入，制得氯化聚丙烯纳米球；取上述含有氯化聚丙烯纳米球的溶液100ml，再加100ml蒸馏水，倒入旋蒸仪中减压蒸馏，将四氢呋喃和丙酮完全旋蒸掉；将剩下的溶液倒入50ml高压反应釜中，10℃每分钟升温至350℃，反应8小时，得到含有黑色沉淀的液体，再将上层清液除去，用乙醇溶液进行清洗，干燥得到黑色粉末；将黑色粉末放入管式炉的石英管中，对系统充氮气，氮气流量为10～20mL/min，使石英管中无氧气等活泼气体。以10℃/min的速率对黑色粉末进行加热，升温至最终碳化温度800℃，并在该温度下恒温3小时。在氮气下缓慢降温，得到纳米多孔碳球。
图1为实施例1制备的纳米多孔碳球的扫描电子显微镜图，图2为实施例1制备的纳米多孔碳球的透射电子显微镜图，图3为实施例1制备的纳米多孔碳球的氮吸附脱附曲线，图4为实施例1制备的纳米多孔碳球的拉曼图。
由图1-4中可以得出，本实施例制备得到的纳米多孔碳球的平均粒径为100nm，比表面积为1200m2/g，孔容为0.9cm3/g，ID/IG为1.3。
实施例2
将1g氯化聚丙烯(氯元素的质量含量为70wt％，Cl/C摩尔比为0.92:1)溶解在100ml二甲基亚砜中，充分搅拌并加热至120℃，氮气作保护气体冷凝回流，充分溶解2小时；将1000ml丙酮放在烧杯中快速搅拌，用一次性注射针管将溶解了氯化聚丙烯的二甲基亚砜溶液迅速注入快速搅拌的丙酮中；待所有溶液全部注入，制得氯化聚丙烯纳米球；取上述含有氯化聚丙烯纳米球的溶液100ml，倒入旋蒸仪中减压蒸馏,将剩下的溶液倒入50ml高压反应釜中，10℃每分钟升温至350℃，反应8小时，得到含有黑色沉淀的液体，再将上层清液除去，用乙醇溶液进行清洗，干燥得到黑色粉末；将黑色粉末放入管式炉的石英管中，对系统充氮气，氮气流量为10～20mL/min，使石英管中无氧气等活泼气体。以10℃/min的速率对黑色粉末进行加热，升温至最终碳化温度800℃，并在该温度下恒温3小时。在氮气下缓慢降温，得到纳米多孔碳球。
本实施例制备得到的纳米多孔碳球的平均粒径为200nm，比表面积为800m2/g，孔容为0.8cm3/g，ID/IG为1.0。
实施例3
将1g氯化聚乙烯(氯元素的质量含量为60wt％，Cl/C摩尔比为0.68:1)溶解在100ml二甲苯中，充分搅拌并加热至120℃，氮气作保护气体冷凝回流，充分溶解2小时；将1000ml甲醇放在烧杯中快速搅拌，用一次性注射针管将溶解了氯化聚乙烯的二甲苯溶液迅速注入快速搅拌的蒸馏水中；待所有溶液全部注入，制得氯化聚乙烯纳米球；取上述含有氯化聚乙烯纳米球的溶液100ml，倒入旋蒸仪中减压蒸馏，将剩下的溶液倒入50ml高压反应釜中，20℃每分钟升温至350℃，反应6小时，得到含有黑色沉淀的液体，再将上层清液除去，用乙醇溶液进行清洗，干燥得到黑色粉末；将黑色粉末放入管式炉的石英管中，对系统充氮气，氮气流量为20～30mL/min，使石英管中无氧气等活泼气体。以10℃/min的速率对氯化聚丙烯进行加热，升温至最终碳化温度800℃，并在该温度下恒温3小时。在氮气下缓慢降温，得到纳米多孔碳球。
本实施例制备得到的纳米多孔碳球的平均粒径为300nm，比表面积为600m2/g，孔容为0.4cm3/g，ID/IG为0.8。
实施例4
将1g氯化聚丙烯(氯元素的质量含量为70wt％，Cl/C摩尔比为0.92:1)溶解在100ml四氢呋喃中，充分搅拌并加热至60℃，氮气作保护气体冷凝回流，充分溶解2小时；将1000ml蒸馏水放在烧杯中快速搅拌，用一次性注射针管将溶解了氯化聚丙烯的四氢呋喃溶液迅速注入快速搅拌的蒸馏水中；待所有溶液全部注入，制得氯化聚丙烯纳米球；取上述含有氯化聚丙烯纳米球的溶液100ml，倒入旋蒸仪中减压蒸馏，将四氢呋喃完全旋蒸掉；将剩下的溶液倒入50ml高压反应釜中，加入0.05molNaOH，20℃每分钟升温至350℃，反应8小时，得到含有黑色沉淀的液体，再将上层清液除去，用乙醇溶液进行清洗，干燥得到黑色粉末；将黑色粉末放入管式炉的石英管中，对系统充氮气，氮气流量为20～30mL/min，使石英管中无氧气等活泼气体。以10℃/min的速率对黑色粉末进行加热，升温至最终碳化温度600℃，并在该温度下恒温3小时。在氮气下缓慢降温，得到纳米多孔碳球。
本实施例制备得到的纳米多孔碳球的平均粒径为100nm，比表面积为1300m2/g，孔容为0.8cm3/g，ID/IG为1.1。
实施例5
将1g氯化聚丙烯(氯元素的质量含量为60wt％，Cl/C摩尔比为0.60:1)溶解在100ml四氢呋喃中，充分搅拌并加热至60℃，氮气作保护气体冷凝回流，充分溶解2小时；将1000ml蒸馏水放在烧杯中快速搅拌，用一次性注射针管将溶解了氯化聚丙烯的四氢呋喃溶液迅速注入快速搅拌的蒸馏水中；待所有溶液全部注入，制得氯化聚丙烯纳米球；取上述含有氯化聚丙烯纳米球的溶液100ml，倒入旋蒸仪中减压蒸馏，将溶剂完全旋蒸掉，得到白色粉末；将白色粉末放入管式炉的石英管中，对系统充氮气，氮气流量为20～30mL/min，使石英管中无氧气等活泼气体。以10℃/min的速率对氯化聚丙烯进行加热，升温至最终碳化温度600℃，并在该温度下恒温3小时。在氮气下缓慢降温，得到纳米多孔碳球。
本实施例制备得到的纳米多孔碳球的平均粒径为110nm，比表面积为1100m2/g，孔容为0.7cm3/g，ID/IG为1.0。
实施例6
将10g氯化聚丙烯(氯元素的质量含量为70wt％，Cl/C摩尔比为0.92:1)溶解在100ml四氢呋喃中，充分搅拌并加热至60℃，氮气作保护气体冷凝回流，充分溶解2小时；将1000ml蒸馏水放在烧杯中快速搅拌，用一次性注射针管将溶解了氯化聚丙烯的四氢呋喃溶液迅速注入快速搅拌的蒸馏水中；待所有溶液全部注入，制得氯化聚丙烯纳米球；取上述含有氯化聚丙烯纳米球的溶液100ml，倒入旋蒸仪中减压蒸馏，将四氢呋喃完全旋蒸掉；将剩下的溶液倒入50ml高压反应釜中，20℃每分钟升温至350℃，反应3小时，得到含有黑色沉淀的液体，再将上层清液除去，用乙醇溶液进行清洗，干燥得到黑色粉末；将黑色粉末放入管式炉的石英管中，对系统充氮气，氮气流量为1～10mL/min，使石英管中无氧气等活泼气体。以10℃/min的速率对黑色粉末进行加热，升温至最终碳化温度500℃，并在该温度下恒温3小时。在氮气下缓慢降温，得到纳米多孔碳球。
本实施例制备得到的纳米多孔碳球的平均粒径为160nm，比表面积为800m2/g，孔容为0.6cm3/g，ID/IG为0.7。
对比例1
将1g氯化聚丙烯原料(氯元素的质量含量为70wt％，Cl/C摩尔比为0.92:1)放入管式炉的石英管中，对系统充氮气，使石英管中无氧气等活泼气体。以10℃/min的速率对氯化聚丙烯进行加热，升温至最终碳化温度800℃，并在该温度下恒温3小时。在氮气下缓慢降温，得到碳材料没有纳米球结构。
通过对比例1(图5)可以看出，以卤化聚烯烃类聚合物为前驱体直接在惰性气体中碳化处理，无法制备纳米多孔碳球。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种纳米多孔碳球，其特征在于，所述纳米多孔碳球的平均粒径为20～800nm，比表面积为50～5000m2/g，孔容为0.2～2.0cm3/g；
优选地，所述平均粒径为50～500nm，优选为50～300nm；
优选地，所述比表面积为200～3000m2/g，优选为500～1500m2/g；
优选地，所述孔容为0.3～1.8cm3/g，优选为0.4～1.0cm3/g。
2.根据权利要求1所述的纳米多孔碳球，其特征在于，所述纳米多孔碳球具有微孔和介孔共存的物理结构。
3.根据权利要求1或2所述的纳米多孔碳球，其特征在于，所述纳米多孔碳球除无定型碳外还含有石墨结构，石墨化程度(由拉曼光谱中D峰与G峰的相对强度ID/IG来检测)ID/IG为0.5～1.8，优选地为0.6～1.5，还优选为0.8～1.2。
4.权利要求1～3任一项所述纳米多孔碳球的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)以卤化聚烯烃类聚合物为前驱体，制备纳米球形卤化聚烯烃类聚合物；
(2)上述纳米球形卤化聚烯烃类聚合物经水热反应，干燥得粉末，对所述粉末进行碳化处理，得到纳米多孔碳球；
或者，对上述纳米球形卤化聚烯烃类聚合物直接进行碳化处理，得到纳米多孔碳球。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
(1)将前驱体卤化聚烯烃类聚合物充分溶解于其良溶剂中，得到混合溶液，再将所述混合溶液全部注入前驱体的不良溶剂中，制得卤化聚烯烃类聚合物的纳米球；进一步除去或浓缩溶剂，得到纳米球形卤化聚烯烃类聚合物的粉末或浓缩液；
(2)取上述聚合物的浓缩液放入耐高压水热反应釜中，经水热反应得到含有黑色沉淀的液体，再将上层清液除去，清洗，干燥得到黑色粉末；将上述黑色粉末置入管式炉中进行碳化处理，制备得到纳米多孔碳球；
或者，直接将上述聚合物的粉末置入管式炉中进行碳化处理，制备得到纳米多孔碳球。
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述卤化聚烯烃类聚合物中，碳、氢和卤素三种元素的质量和不小于该卤化聚烯烃类聚合物质量的90％；
其中，卤素元素的质量占该卤化聚烯烃类聚合物质量的40～85％，所述卤素元素选自F，Cl，Br和I中的一种、两种或更多种；所述卤素与碳的摩尔比为(0.5～2.0)∶1；
所述卤化聚烯烃类聚合物包括但不限于卤化聚烯烃、卤化聚卤烯烃；
其中，所述卤化聚烯烃中的聚烯烃为聚α-烯烃，例如为聚乙烯、聚丙烯、聚1-丁烯、聚1-戊烯、聚1-己烯、聚1-庚烯、聚1-辛烯、聚1-壬烯、聚1-癸烯、聚1-十一烯及其共聚物中的一种、两种或更多种；
其中，所述卤化聚卤烯烃中的聚卤烯烃中的卤素选自氯或溴，所述聚卤烯烃选自聚氯乙烯、聚溴乙烯、聚1,1-二氯乙烯、聚1,2-二氯乙烯、聚1,1,2-三氯乙烯、聚3-氯丙烯、聚3-溴丙烯、聚氯丁烯、聚溴丁烯等中的一种、两种或更多种；
优选地，所述卤化聚烯烃类聚合物包括但不限于卤化聚乙烯、卤化聚丙烯、卤化聚1-丁烯、卤化聚氯乙烯、卤化聚1,1-二氯乙烯、卤化聚1,2-二氯乙烯、卤化聚1,1,2-三氯乙烯、卤化聚3-氯丙烯、卤化聚氯丁烯、卤化聚溴乙烯、卤化聚3-溴丙烯、卤化聚溴丁烯中的一种、两种或更多种；
优选地，所述卤化聚烯烃类聚合物包括但不限于氯化聚乙烯、氯化聚丙烯、氯化聚1-丁烯、氯化聚氯乙烯、氯化聚1,1-二氯乙烯、氯化聚1,2-二氯乙烯、氯化聚1,1,2-三氯乙烯、氯化聚3-氯丙烯、氯化聚氯丁烯、氯化聚溴乙烯、氯化聚3-溴丙烯、氯化聚溴丁烯、溴化聚乙烯、溴化聚丙烯、溴化聚1-丁烯、溴化聚氯乙烯、溴化聚1,1-二氯乙烯、溴化聚1,2-二氯乙烯、溴化聚1,1,2-三氯乙烯、溴化聚3-氯丙烯、溴化聚氯丁烯、溴化聚溴乙烯、溴化聚3-溴丙烯、溴化聚溴丁烯中的一种、两种或更多种；
优选地，所述卤化聚烯烃类聚合物的形态可以是粉末状、多孔粉末状、纤维状或块状。
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述良溶剂包括但不限于芳烃、酰胺类及氯代烃类；优选地，选自四氢呋喃、甲苯、二甲苯、氯仿、三氯苯、邻二氯苯、对二氯苯、2,4-二氯酚、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺和N,N-二甲基乙酰胺中的一种、两种或更多种；
所述不良溶剂包括但不限于醇类、酮类、醚类、烷烃、酯类；优选地，选自水、氨水、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、异丙醇、正辛醇、苯甲醇、丙酮、丁酮、正己烷、环己烷、甲醚、乙醚、正丙醚、正丁醚、乙酸乙酯、乙酸丁酯中的一种、两种或更多种；
所述卤化聚烯烃类聚合物在良溶剂中的浓度为0.0005～20wt％；
所述良溶剂与不良溶剂的体积比为(1:1)～(1:10000)。
8.根据权利要求5～7任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述充分溶解的具体操作为：搅拌条件下，将前驱体卤化聚烯烃类聚合物加入其良溶剂中，加热回流；所述加热的温度为40～150℃，所述回流的时间为1～5小时；
步骤(1)中所述混合溶液全部注入前驱体的不良溶剂的具体操作为：将混合溶液迅速注入快速搅拌的不良溶剂中；所述搅拌速度为300～2000r/min。
9.根据权利要求5～8任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中还包括在聚合物浓缩液放入耐高压水热反应釜之前，向浓缩液中加入碱性化合物；
所述碱性化合物包括但不限于氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化镁、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸氢钙、碳酸氢镁、碳酸钠、碳酸钾、碳酸钙、碳酸镁、氨水中的一种、两种或更多种；优选地，所述碱性化合物选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸钾或氨水；
所述碱性化合物在不良溶剂中的摩尔浓度为0～10mol/L；
步骤(2)中水热反应时，高压反应釜在马弗炉中的升温速率为1～20℃/min；
所述水热反应的温度为200～400℃，水热反应的时间为1～10小时；
步骤(2)中所述碳化处理的条件为：惰性气氛下，缓慢升温；
所述惰性气氛通过向管式炉系统中通入惰性气体实现的，所述惰性气体为氮气、氩气、氦气中的一种、两种或更多种；所述惰性气体的流量为1～100mL/min；
所述缓慢升温的速率为1～20℃/min；所述碳化的温度为200～1000℃，时间为1～10小时。
10.权利要求1～3任一项所述纳米多孔碳球的应用，其特征在于，所述纳米多孔碳球用于离子色谱固定相、锂离子电池电极、电容器电极、催化剂、药物载体、气体吸附或污水处理领域。
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