CN115259137B - 一种二维介孔碳纳米片及其制备方法与应用 - Google Patents
一种二维介孔碳纳米片及其制备方法与应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115259137B CN115259137B CN202210889856.3A CN202210889856A CN115259137B CN 115259137 B CN115259137 B CN 115259137B CN 202210889856 A CN202210889856 A CN 202210889856A CN 115259137 B CN115259137 B CN 115259137B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mesoporous carbon
- nonionic surfactant
- organic
- dimensional mesoporous
- dimensional
- 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
Links
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 57
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 30
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 28
- 239000002736 nonionic surfactant Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000003999 initiator Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000003995 emulsifying agent Substances 0.000 claims abstract description 7
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims abstract description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 3
- 230000001788 irregular Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 claims abstract description 3
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 16
- FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N Sodium cation Chemical compound [Na+] FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 13
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 13
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 12
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 11
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 11
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- VYFYYTLLBUKUHU-UHFFFAOYSA-N dopamine Chemical compound NCCC1=CC=C(O)C(O)=C1 VYFYYTLLBUKUHU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 7
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000004530 micro-emulsion Substances 0.000 claims description 6
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- -1 polyethylene Polymers 0.000 claims description 6
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 6
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 5
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 5
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 5
- GWHJZXXIDMPWGX-UHFFFAOYSA-N 1,2,4-trimethylbenzene Chemical compound CC1=CC=C(C)C(C)=C1 GWHJZXXIDMPWGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N Aniline Chemical compound NC1=CC=CC=C1 PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical group CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- URLKBWYHVLBVBO-UHFFFAOYSA-N Para-Xylene Chemical group CC1=CC=C(C)C=C1 URLKBWYHVLBVBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- KAESVJOAVNADME-UHFFFAOYSA-N Pyrrole Chemical compound C=1C=CNC=1 KAESVJOAVNADME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N Thiophene Chemical compound C=1C=CSC=1 YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 4
- 229960003638 dopamine Drugs 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- VKYKSIONXSXAKP-UHFFFAOYSA-N hexamethylenetetramine Chemical compound C1N(C2)CN3CN1CN2C3 VKYKSIONXSXAKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- IVSZLXZYQVIEFR-UHFFFAOYSA-N m-xylene Chemical group CC1=CC=CC(C)=C1 IVSZLXZYQVIEFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- AUHZEENZYGFFBQ-UHFFFAOYSA-N mesitylene Substances CC1=CC(C)=CC(C)=C1 AUHZEENZYGFFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 125000001827 mesitylenyl group Chemical group [H]C1=C(C(*)=C(C([H])=C1C([H])([H])[H])C([H])([H])[H])C([H])([H])[H] 0.000 claims description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Substances N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- ZNNZYHKDIALBAK-UHFFFAOYSA-M potassium thiocyanate Chemical compound [K+].[S-]C#N ZNNZYHKDIALBAK-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 4
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 claims description 3
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229920000428 triblock copolymer Polymers 0.000 claims description 3
- RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 1,4-Dioxane Chemical compound C1COCCO1 RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N Cyclohexane Chemical compound C1CCCCC1 XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- RPNUMPOLZDHAAY-UHFFFAOYSA-N Diethylenetriamine Chemical compound NCCNCCN RPNUMPOLZDHAAY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- VGGLHLAESQEWCR-UHFFFAOYSA-N N-(hydroxymethyl)urea Chemical compound NC(=O)NCO VGGLHLAESQEWCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M Sodium bicarbonate-14C Chemical compound [Na+].O[14C]([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M 0.000 claims description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- FDLQZKYLHJJBHD-UHFFFAOYSA-N [3-(aminomethyl)phenyl]methanamine Chemical compound NCC1=CC=CC(CN)=C1 FDLQZKYLHJJBHD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims description 2
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 claims description 2
- 239000012043 crude product Substances 0.000 claims description 2
- 229920000359 diblock copolymer Polymers 0.000 claims description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 235000010299 hexamethylene tetramine Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000004312 hexamethylene tetramine Substances 0.000 claims description 2
- 229910017053 inorganic salt Inorganic materials 0.000 claims description 2
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229940078552 o-xylene Drugs 0.000 claims description 2
- 229920001748 polybutylene Polymers 0.000 claims description 2
- 150000008442 polyphenolic compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- 235000013824 polyphenols Nutrition 0.000 claims description 2
- 229920001451 polypropylene glycol Polymers 0.000 claims description 2
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- VGTPCRGMBIAPIM-UHFFFAOYSA-M sodium thiocyanate Chemical compound [Na+].[S-]C#N VGTPCRGMBIAPIM-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229930192474 thiophene Natural products 0.000 claims description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000379 polymerizing effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 description 13
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 10
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 10
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- RVGRUAULSDPKGF-UHFFFAOYSA-N Poloxamer Chemical compound C1CO1.CC1CO1 RVGRUAULSDPKGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 description 7
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 229920001690 polydopamine Polymers 0.000 description 6
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 6
- 238000011160 research Methods 0.000 description 6
- 238000011161 development Methods 0.000 description 5
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 5
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 4
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 3
- 238000001553 co-assembly Methods 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 3
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920001992 poloxamer 407 Polymers 0.000 description 3
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 3
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002415 Pluronic P-123 Polymers 0.000 description 2
- DSVGQVZAZSZEEX-UHFFFAOYSA-N [C].[Pt] Chemical compound [C].[Pt] DSVGQVZAZSZEEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000007833 carbon precursor Substances 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 2
- 238000003411 electrode reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 2
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 2
- 238000000802 evaporation-induced self-assembly Methods 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 239000000693 micelle Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- HNUQMTZUNUBOLQ-UHFFFAOYSA-N 2-[2-[2-[2-[2-[2-[2-[2-[2-(2-octadecoxyethoxy)ethoxy]ethoxy]ethoxy]ethoxy]ethoxy]ethoxy]ethoxy]ethoxy]ethanol Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCO HNUQMTZUNUBOLQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JKXYOQDLERSFPT-UHFFFAOYSA-N 2-[2-[2-[2-[2-[2-[2-[2-[2-[2-[2-[2-[2-[2-[2-[2-[2-[2-[2-(2-octadecoxyethoxy)ethoxy]ethoxy]ethoxy]ethoxy]ethoxy]ethoxy]ethoxy]ethoxy]ethoxy]ethoxy]ethoxy]ethoxy]ethoxy]ethoxy]ethoxy]ethoxy]ethoxy]ethoxy]ethanol Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCO JKXYOQDLERSFPT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QYOVMAREBTZLBT-KTKRTIGZSA-N CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCO Chemical compound CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCO QYOVMAREBTZLBT-KTKRTIGZSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CTENFNNZBMHDDG-UHFFFAOYSA-N Dopamine hydrochloride Chemical compound Cl.NCCC1=CC=C(O)C(O)=C1 CTENFNNZBMHDDG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- 229920002025 Pluronic® F 88 Polymers 0.000 description 1
- 229920002057 Pluronic® P 103 Polymers 0.000 description 1
- 229920002066 Pluronic® P 65 Polymers 0.000 description 1
- 229920002004 Pluronic® R Polymers 0.000 description 1
- 239000004721 Polyphenylene oxide Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 229920001400 block copolymer Polymers 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 239000012876 carrier material Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000010351 charge transfer process Methods 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 1
- 239000008358 core component Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 1
- 238000009831 deintercalation Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- SBZXBUIDTXKZTM-UHFFFAOYSA-N diglyme Chemical compound COCCOCCOC SBZXBUIDTXKZTM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 229960001149 dopamine hydrochloride Drugs 0.000 description 1
- 238000000840 electrochemical analysis Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- SFNALCNOMXIBKG-UHFFFAOYSA-N ethylene glycol monododecyl ether Chemical compound CCCCCCCCCCCCOCCO SFNALCNOMXIBKG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 description 1
- 238000003837 high-temperature calcination Methods 0.000 description 1
- 239000002815 homogeneous catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 1
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000013335 mesoporous material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 229910001463 metal phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052976 metal sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 239000007908 nanoemulsion Substances 0.000 description 1
- 239000002064 nanoplatelet Substances 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000000696 nitrogen adsorption--desorption isotherm Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 230000005501 phase interface Effects 0.000 description 1
- 235000021317 phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 150000003013 phosphoric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001983 poloxamer Polymers 0.000 description 1
- 229920000570 polyether Polymers 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000007790 scraping Methods 0.000 description 1
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 238000000935 solvent evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000002336 sorption--desorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000005556 structure-activity relationship Methods 0.000 description 1
- 150000004763 sulfides Chemical class 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 1
- 238000001075 voltammogram Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
- C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
- C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
- C25B11/075—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of a single catalytic element or catalytic compound
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/054—Accumulators with insertion or intercalation of metals other than lithium, e.g. with magnesium or aluminium
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
- H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
- H01M2004/027—Negative electrodes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明涉及一种二维介孔碳纳米片及其制备方法与应用，二维介孔碳纳米片，具有通透的介孔结构，具有片状形貌；孔径为2‑50nm，不规则片状长宽尺寸覆盖范围为100nm‑5um；制备方法为首先将非离子表面活性剂、盐、可溶性有机前驱体、有机乳化剂、引发剂溶解到水和有机的混合溶剂中，非离子表面活性剂和可溶性有机前驱体在分子间氢键相互作用的驱动下共组装，同时在引发剂的催化作用下，可溶性有机前驱体进一步聚合生长，从而使非离子表面活性剂和聚合物前驱体复合物通过相分离沉淀出来；最后在惰性气氛下高温碳化，除去表面活性剂，形成碳骨架，得到二维介孔碳纳米片。与现有技术相比，本发明原料易得，方法简单，在环境、能源、催化等众多领域具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及先进材料技术领域，具体涉及一种二维介孔碳纳米片及其制备方法与应用。
背景技术
由于人口急剧增加、传统能源减少以及环境污染加重，清洁能源的开发和存储技术受到广泛关注。近几十年来，锂离子电池技术的快速进步改善了人类的生活水平。大多数移动电子设备、电动自行车和电动汽车都采用锂离子电池。然而，锂源的储量有限，锂离子电池的成本也随着锂的开发成本增加而上涨。因此，单靠锂离子电池已无法满足储能应用不断增长的需求。为了缓解这些问题，科研工作者将目光集中到替代能源存储系统的研究。钠离子电池被认为是最佳候选，因为钠的储量近乎无限，并且化学性质和锂离子电池相似。含钠层状过度金属氧化物、磷酸盐和有机化合物可被用作钠离子电池的正极材料(一种钠离子电池正极材料Na3V2(PO4)3/C及其制备方法，CN108390043B；钠离子电池正极活性材料、钠离子电池正极材料、钠离子电池正极和钠离子电池及制备方法，CN111354924A)。精选碳质材料、过渡金属氧化物和硫化物以及有机化合物可被用作钠离子电池负极材料。但是钠离子的离子半径和摩尔质量均大于锂离子，导致动力学迁移较为缓慢，并且钠离子嵌入和脱出过程使得材料的体积变化较大。因此，与先进的锂离子电池相比，大多数钠离子电池材料的比容量较低，循环过程中的容量保持能力较差。所以探寻具有快速固态动力学和长期稳定性的负极材料是克服钠离子电池局限性的迫切需求。另一方面，随着石油、煤炭、天然气等化石能源的过度消耗加速了日益严重的能源危机和环境污染等问题，因此开发可再生的、可持续的清洁能源来代替化石燃料成为当下催化与能源研究领域的重要研究课题。其中燃料电池，电解池与金属空气电池等装置作为清洁能源存储与转换装置也引发了广泛的研究兴趣。这些装置都倚靠电极材料上发生的电催化反应(例如氧气还原与析出反应，氢气析出/氧化反应等)与电荷转移过程来实现电能与化学能的转换。其中电催化剂是此类装置中电极材料的核心组成部分，且电催化反应过程中的热力学与动力学过程都与电催化剂的物理性质与化学状态密切相关。这些电催化反应几乎都严重依赖铂等贵金属材料的使用来降低过电势并加速催化反应，而贵金属催化剂面临着资源稀缺，价格昂贵，与长期循环稳定性差等问题。因此，高性能的非贵金属电催化剂材料的开发与利用被认为是实现高效清洁能源存储与转换的技术之一。同时，电催化剂材料的性能优化与在实际器件上的应用与发展都离不开对电催化活性位点的形成过程与电催化路径的研究。因此，构建高性能的非贵金属电催化位点并探究其形成过程与催化机理是清洁能源转换与电催化等领域至关重要的研究课题。其中，利用碳基材料作为非贵金属的载体材料因其成本低廉，活性高，被认为是最接近大规模商业化的明星材料。
最近，具有丰富介观结构的介孔碳材料由于拥有高的比表面积、大的孔容、2-50nm可调的孔径，较低的密度、化学惰性、良好的机械稳定性和导电性等独特的性质而受到广泛关注，并成功应用于催化、吸附和分离、能量存储等领域。有研究表明，有序介孔碳材料在一些应用方面对其形貌与形状有特殊的要求，例如球形介孔碳作为色谱柱填充材料能表现出更好的分离效果(RSC Adv.,2014,4,222)；膜材料更适合用在传感和分离领域(Carbon,2010,48,557)。有序介孔碳的合成最早是通过硬模板路线来实现的(J.Phys.Chem.B,1999,103,7743.)，主要包括1)合成有序介观结构的硬模板，如有序介孔二氧化硅等；2)灌注碳前驱体于硬模板的孔道中；3)碳化形成复合材料；4)去除硬模板得到有序介孔碳。这种方法所得介孔碳材料不仅可以完全反相复制模板的介观结构也同时复制了其微观形貌，因此，可以通过对模板的尺寸及形貌的选择来很好的控制最终所得介孔碳的形貌与结构。然而，这种硬模板的方法一般都面临步骤繁琐、成本高并且不利于规模化生产的实际问题。近年来，人们发展了基于有机-有机共组装的软模板法来合成介孔碳，主要是通过软模板与碳前驱体的自组装，再将介孔聚合物骨架碳化并除去软模板进而得到有序介孔碳，可以通过溶剂退火、溶剂挥发诱导自组装(EISA)及水热等途径来实现。EISA方法得到碳材料一般为薄膜或者是单片(Chem.Mater.,2006,18,4447)，另外，这种方法很难进行大批量合成。利用水热法，如在极低浓度(10-7mol/L)的水热体系中可以合成具有体心立方介观结构的有序介孔碳微球(Angew.Chem.Int.Ed.,2010,49,7987)。但是，该方法体系浓度低并且无法对介孔碳形貌进行调控。而后，人们借鉴有机-无机共组装合成介孔氧化硅材料的合成经验，发展了基于有机-有机共组装的软模板法来合成介孔材料路线。选择合适的软模板和碳的有机前驱体，调控模板与前驱体间的相互作用，实现可控合成则是大规模制备介孔碳材料需要解决的首要问题。因此，利用有机-有机共组装的软模板法对有序介孔碳材料形貌的调控与开发并实现规模合成，对其在不同领域的应用有着十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种二维介孔碳纳米片及其制备方法与应用。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种二维介孔碳纳米片，具有通透的介孔结构，具有片状形貌；孔径为2-50nm，不规则片状长宽尺寸覆盖范围为100nm-5um。
一种上述二维介孔碳纳米片的液相合成制备方法，首先将非离子表面活性剂、盐、作为碳源的可溶性有机前驱体、有机乳化剂、引发剂溶解到水和有机的混合溶剂中，在一定的温度条件下，非离子表面活性剂和可溶性有机前驱体在分子间氢键相互作用的驱动下共组装，同时在引发剂的催化作用下，可溶性有机前驱体进一步聚合生长，从而使非离子表面活性剂和聚合物前驱体复合物通过相分离沉淀出来；最后在惰性气氛下高温碳化，除去表面活性剂，形成碳骨架，得到有序介孔碳材料。
优选地，所述的二维介孔碳纳米片的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)在室温下，将非离子表面活性剂溶解到水和有机的混合溶剂中，加入可溶性有机前驱体和无机盐，搅拌混合均匀，得到的澄清溶液；
(2)在澄清溶液中加入有机不良溶剂作为有机乳化剂，匀速搅拌0.5-5h，形成均匀的乳白色微乳液；
(3)然后在微乳液中加入与溶剂体积呈一定体积比的碱性引发剂，在一定的温度和搅拌速率下反应一定的时间；
(4)反应结束后离心分离，粗产物用水和有机溶剂分多次洗涤并离心；
其中，所述非离子表面活性剂在溶剂中的浓度是0.1-1.0wt％；可溶性有机前驱体与非离子表面活性剂的质量比为0.1-2；引发剂在溶剂中的体积百分数为0.25％-25％。
进一步优选地，步骤(3)反应温度为10-80℃，时间为2-48h，搅拌速率为200-1500rpm。
进一步优选地，步骤(4)离心分离转速为200-2000rpm。
优选地，所述的非离子表面活性剂为聚环氧乙烷-聚环氧丙烷、聚环氧乙烷-聚环氧丁烷、烷基-聚环氧乙烷型二嵌段或三嵌段共聚物中的一种或几种。所述的非离子表面活性剂主要包括有Pluronic P123(EO20PO70EO20)、Pluronic P103(EO17PO56EO17)、PluronicP85(EO26PO39EO26)、Pluronic P65(EO20PO30EO20)、Pluronic L121(EO5PO70EO5)、PluronicF127(EO106PO70EO106)、Pluronic F88(EO100PO39EO100)、Pluronic F98(EO123PO47EO123)、Pluronic F108(EO132PO50EO132)、B50-6600(EO39BO47EO39)、B70-4600(EO15BO45EO15)、B40-1900(EO13BO11EO13)、B20-3800(EO34BO11EO34)、Pluronic R 25R4(PO19EO33PO19)、Brij35(C12H25EO23)、Brij56(C16H33EO10)、Brij76(C18H37EO10)、Brij78(C16H33EO20)、Brij97(C18H35EO10)、Brij100(C16H33EO100)等。
本发明中，非离子表面活性剂优选为聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物，主要包括Pluronic P123(EO20PO70EO20)、Pluronic F127(EO106PO70EO106)和PluronicF108(EO132PO50EO132)。最优选为Pluronic F127(EO106PO70EO106)。
优选地，所述的引发剂为碱性，引发剂为间苯二甲胺、六次甲基四胺、二乙烯三胺、碳酸丙烯酯、羟甲基脲、碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠、氢氧化钾或氨水中的一种或几种。优选为氨水。
优选地，所述的盐选自KCl、NaCl、NaClO4、KClO4、NaSCN、KSCN、NaI、KI的一种或几种。优选为KSCN。
优选地，所述的可溶性有机前驱体选自苯胺及其衍生物、吡咯及其衍生物、噻吩及其衍生物、多巴胺及其衍生物、多酚及其衍生物中的一种或几种。优选为多巴胺。
优选地，所述的有机乳化剂(不良溶剂)选自甲苯，邻二甲苯，间二甲苯，对二甲苯，均三甲苯，1,2,4-三甲苯中的一种或几种。优选为均三甲苯。
优选地，所述的混合溶剂中，有机溶剂选自1,4-二氧六环、乙腈、四氢呋喃、甲醇、乙醇、正丙醇、乙二醇、丙三醇、异丙醇、正丁醇、乙醚、己烷、环己烷中的一种或几种。优选为乙醇。
优选地，所述的高温碳化温度为600-1500℃，控制升温速度为1-20℃/min；其中，惰性气氛为氮气、氩气或氦气。
一种采用上述方法制得的介孔碳，形貌可根据条件调控为二维片状，孔结构分布可根据条件调控为无序或有序二维六方结构。
一种采用上述方法制得的二维有序介孔碳片，其具有有序的二维六方介观结构，比表面积为50-1000m2/g，孔容为0.2-0.8cm3/g；
一种上述二维介孔碳纳米片在制备电催化氧还原催化剂和钠离子电池负极材料中的应用。
本发明利用有机-有机共组装的软模板界面组装法，采用胶束反应物体系调控策略(调控溶剂，温度，搅拌剪切力以及有机扩孔试剂，嵌段共聚物及有机前驱体的剂量)和胶束模板机理，通过纳米乳液界面组装法可控合成具有二维片状形貌的有序介孔聚合物及衍生碳材料。利用形成的介孔聚合物高温碳化或原位负载过渡金属Fe离子碳化制备衍生碳材料。借助TEM，SEM，电化学工作站，电化学充放电等材料表征手段，开发出一种制备多孔道结构的介孔碳材料的普适新方法，并探究该类碳材料在钠离子电池和电催化方面的应用，考查了材料结构对性能的影响，建立了材料结构与性能的构效关系。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.本发明提出了一种操作方便、成本低廉，产物介观结构有序度高、比表面积大、形貌丰富的二维介孔碳及其液相制备方法；
2.本发明利用非离子表面活性剂为结构导向剂，合成有序介孔碳材料，过程简单、操作方便、成本低廉，获得的产物介观结构有序度高、比表面积大、形貌丰富，在催化、吸附分离、电极材料等方面有广阔应用前景；
3.本发明制备得到的碳材料为二维片状单层介孔结构，具有较大比表面积、孔容和孔径，该类材料应用于钠离子电池负极及电催化氧还原的电极，表现出优异的倍率性能、循环稳定特性及优异的氧还原性能；
4.本发明原料易得，方法简单，适于放大生产，在环境、能源、催化等众多领域具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为实施例1制得的二维介孔聚多巴胺片的扫描电子显微镜(SEM)图；
图2为实施例1制得的二维介孔聚多巴胺片的透射电子显微镜(TEM)图；
图3为实施例1制得的二维介孔碳片的透射电子显微镜(TEM)图；
图4为实施例1制得的二维介孔碳片的特征氮气吸附-脱附等温线；
图5为实施例2所得的二维介孔碳片负载2.5wt％以及5wt％FeCl3应用于氧还原反应(ORR)的CV曲线；
图6为实施例2所得的二维介孔碳片负载2.5wt％以及5wt％FeCl3应用于氧还原反应(ORR)的LSV曲线；
图7为实施例2所得的二维介孔碳片负载2.5wt％以及5wt％FeCl3应用于氧还原反应(ORR)的线性扫描伏安曲线(LSV,1600rpm)与商业化铂碳曲线的对比；
图8为实施例3制所得的采用二维介孔碳片制备的钠离子电池的倍率曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：二维片状介孔碳的液相界面组装合成
在乙醇和水溶液体系中(乙醇和水均为20ml)，加入0.2g Pluronic聚醚模板剂F127，0.2g多巴胺盐酸盐，0.5g KSCN，混合后调节磁力搅拌器转速，使反应转速在500-800rpm下进行；待固体溶解形成澄清溶液后，加入2-5ml的有机不良溶剂均三甲苯，搅拌2h后形成乳白色微乳液。然后向体系中加入碱性试剂氨水，诱导多巴胺聚合，调节并控制反应温度为15-18℃，反应时间8h，得到淡黑色聚多巴胺悬浊液。反应结束后离心、洗涤、干燥得到产物介孔聚多巴胺二维片，SEM图片见图1，TEM图片见图2；将产物在氩气气氛的保护下以2℃/min的升温速率升至1500℃并保持2h后得到片状的二维介孔碳，TEM图片见图3。TEM图片证明所得二维介孔碳材料的大小为几百纳米到几微米不等。氮气吸附-脱附曲线(图4)证明该碳材料的比表面积为308.5m2/g，孔容为0.22cm3/g，最可几孔径约为6.2nm。
实施例2：将实施例1中合成得到的二维介孔碳纳米片应用于氧还原反应
使用实施例1中合成得到的一定质量的PDA介孔碳纳米片与质量比为2.5wt％和5wt％FeCl3的乙腈溶液混合反应后挥发干燥，然后在900℃煅烧，高温煅烧后介孔碳球结构保持完好，且石墨化程度很高。FeCl3负载后的碳材料做碱性条件下ORR反应的电极(均相催化剂浆料的制备：将约5mg金属离子负载的介孔聚多巴胺碳片分散在1mL水和乙醇以及Nafion溶液(490:490:20uL)混合溶剂中，并超声处理约2h。然后，将适量的(20uL)这种悬浮液转移到GCE/RDE电极上，使其完全干燥。所有电化学测试均在室温下于0.1M N2或O2饱和的KOH水溶液中进行)，从CV图(图5)可知，在饱和的O2气氛的0.1M KOH溶液中，电极的循环伏安曲线在O2存在的条件下均表现了很大程度的氧还原峰。测定了系列LSV曲线，在1600rpm时(图6)，起始电位Eonset分别为1.02V和1.05V,半波电位E1/2为0.82V和0.89V。拟合得电极反应时转移的电子数在4左右，均为4电子反应过程。且5wt％FeCl3负载后的碳材料(CNS-900-Fe2)电极的氧还原性能优于同条件下的商业化铂碳(20wt％含量的商用Pt/C)所表现的性能(图7)。
实施例3：将实施例1得到的二维碳纳米片应用于钠离子电池
将实施例1得到的二维碳纳米片与导电炭黑、聚偏氟乙烯以7:2:1的质量比混合，再加入一定量的N-甲基吡咯烷酮，搅拌均匀后，刮涂在铜箔表面。在100℃下真空干燥10h，再剪切成圆片，即得到工作电极。以上述制得的极片为工作电极、钠片为对电极和参比电极，WhatmanGF/A玻璃纤维为隔膜，含有六氟磷酸钠(1M)的二乙二醇二甲醚为电解液，在氩气充满的手套箱内组装成扣式电池。将上述的扣式电池置入商购的武汉蓝电电池测试系统，在25℃下进行恒流充放电测试，电压窗口设置为0.01-3V。电池在不同倍率下(0.2-5C)进行充放电性能测试。在5C充放电倍率下，可逆容量约为150mAh g-1(图8)。
本发明提供了一种二维片状介孔聚合物和其衍生介孔碳材料及其制备方法，该方法是一种合成二维介孔材料的新型的界面组装方法。本发明首先将表面活性剂和适量的盐分散在水和有机溶剂中，然后加入聚合物前驱体，充分搅拌待其完全溶解得到均匀的澄清溶液后，加入一定体积的有机不良溶剂作为拓孔剂，充分搅拌一段时间形成均匀的微乳液，然后加入一定量的碱性引发剂，引发聚合反应，得到二维片状介孔聚合物前驱体混合乳液体系；再将含有二维的介孔聚合物前驱体的乳液体系通过离心分离，分离后并将该聚合物前驱体在水和有机溶液中反复洗涤及离心分离，然后干燥得到二维的介孔聚合物前驱体；将该聚合物前驱体在控制一定的升降温速率和特定的温度及气氛下煅烧若干个小时得到相应衍生的二维片状的介孔碳材料。本发明原料易得，方法简单，在环境、能源、催化等众多领域具有广泛的应用前景。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种二维介孔碳纳米片的制备方法，其特征在于，所述二维介孔碳纳米片具有通透的介孔结构，具有片状形貌；孔径为2-50nm，不规则片状长宽尺寸覆盖范围为100 nm -5um；
所述的二维介孔碳纳米片的制备方法为：
首先将非离子表面活性剂、盐、作为碳源的可溶性有机前驱体、有机乳化剂、引发剂溶解到水和有机的混合溶剂中，非离子表面活性剂和可溶性有机前驱体在分子间氢键相互作用的驱动下共组装，同时在引发剂的催化作用下，可溶性有机前驱体进一步聚合生长，从而使非离子表面活性剂和聚合物前驱体复合物通过相分离沉淀出来；最后在惰性气氛下高温碳化，除去表面活性剂，形成碳骨架，得到所述的二维介孔碳纳米片；
具体包括以下步骤：
（1）将非离子表面活性剂溶解到水和有机的混合溶剂中，加入可溶性有机前驱体和无机盐，搅拌混合均匀，得到的澄清溶液；
（2）在澄清溶液中加入有机不良溶剂作为有机乳化剂，匀速搅拌0.5-5 h，形成均匀的乳白色微乳液；
（3）然后在微乳液中加入与溶剂体积呈一定体积比的碱性引发剂，在一定的温度和搅拌速率下反应一定的时间；
（4）反应结束后离心分离，粗产物用水和有机溶剂分多次洗涤并离心；
其中，所述非离子表面活性剂在溶剂中的浓度是0.1-1.0wt%；可溶性有机前驱体与非离子表面活性剂的质量比为0.1-2；引发剂和溶剂的体积比为0.25%-25%；
所述的非离子表面活性剂为聚环氧乙烷-聚环氧丙烷、聚环氧乙烷-聚环氧丁烷、烷基-聚环氧乙烷型二嵌段或三嵌段共聚物中的一种或几种；
所述的盐选自KCl、NaCl、NaClO4、KClO4、NaSCN、KSCN、NaI、KI 的一种或几种；
所述的可溶性有机前驱体选自苯胺及其衍生物、吡咯及其衍生物、噻吩及其衍生物、多巴胺及其衍生物、多酚及其衍生物中的一种或几种；
将所述的二维介孔碳纳米片用于制备电催化氧还原催化剂和钠离子电池负极材料中。
2.根据权利要求1所述的二维介孔碳纳米片的制备方法，其特征在于，步骤（3）反应温度为10-80℃，时间为2-48h，搅拌速率为200-1500rpm，步骤（4）离心分离转速为200-2000rpm。
3.根据权利要求1所述的二维介孔碳纳米片的制备方法，其特征在于，所述的引发剂为碱性，引发剂为间苯二甲胺、六次甲基四胺、二乙烯三胺、碳酸丙烯酯、羟甲基脲、碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠、氢氧化钾或氨水中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的二维介孔碳纳米片的制备方法，其特征在于，所述的有机乳化剂选自甲苯，邻二甲苯，间二甲苯，对二甲苯，均三甲苯，1,2,4-三甲苯中的一种或几种；
所述的混合溶剂中，有机溶剂选自1,4-二氧六环、乙腈、四氢呋喃、甲醇、乙醇、正丙醇、乙二醇、丙三醇、异丙醇、正丁醇、乙醚、己烷、环己烷中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的二维介孔碳纳米片的制备方法，其特征在于，所述的高温碳化温度为600-1500℃，控制升温速度为1-20℃/min；其中，惰性气氛为氮气、氩气或氦气。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210889856.3A CN115259137B (zh) | 2022-07-27 | 2022-07-27 | 一种二维介孔碳纳米片及其制备方法与应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210889856.3A CN115259137B (zh) | 2022-07-27 | 2022-07-27 | 一种二维介孔碳纳米片及其制备方法与应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115259137A CN115259137A (zh) | 2022-11-01 |
| CN115259137B true CN115259137B (zh) | 2023-12-05 |
Family
ID=83770065
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210889856.3A Active CN115259137B (zh) | 2022-07-27 | 2022-07-27 | 一种二维介孔碳纳米片及其制备方法与应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115259137B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115771890B (zh) * | 2022-11-28 | 2024-02-27 | 云南中烟工业有限责任公司 | 一种二维介孔碳的批量化制备方法及用途 |
| CN116395640B (zh) * | 2023-05-11 | 2024-02-02 | 浏阳市化工厂有限公司 | 一种高氯酸钾的制备方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101735473A (zh) * | 2009-11-30 | 2010-06-16 | 上海师范大学 | 一种具有可塑性的高分子复合物、多级结构的有序介孔聚合物和有序介孔碳材料 |
| CN105236411A (zh) * | 2015-10-12 | 2016-01-13 | 湖北朗驰新型材料有限公司 | 一种高比表面积纳米介孔碳化硅空心球及其制备方法 |
| CN110127661A (zh) * | 2019-05-11 | 2019-08-16 | 复旦大学 | 无机盐界面诱导组装制备二维有序介孔纳米片的方法 |
| CN110894067A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-03-20 | 复旦大学 | 空心介孔碳球及其制备方法 |
| CN110950317A (zh) * | 2019-12-15 | 2020-04-03 | 复旦大学 | 一种有序介孔碳及其水热制备方法 |
| CN114737219A (zh) * | 2022-04-15 | 2022-07-12 | 北京理工大学 | 一种原子级金属锰负载的氮掺杂介孔碳纳米微球及其应用 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080152577A1 (en) * | 2006-12-21 | 2008-06-26 | Addiego William P | Ordered mesoporous carbons and method for manufacturing same |
| KR102346840B1 (ko) * | 2017-11-08 | 2022-01-03 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 다공성 탄소, 이를 포함하는 양극 및 리튬-황 이차전지 |
-
2022
- 2022-07-27 CN CN202210889856.3A patent/CN115259137B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101735473A (zh) * | 2009-11-30 | 2010-06-16 | 上海师范大学 | 一种具有可塑性的高分子复合物、多级结构的有序介孔聚合物和有序介孔碳材料 |
| CN105236411A (zh) * | 2015-10-12 | 2016-01-13 | 湖北朗驰新型材料有限公司 | 一种高比表面积纳米介孔碳化硅空心球及其制备方法 |
| CN110127661A (zh) * | 2019-05-11 | 2019-08-16 | 复旦大学 | 无机盐界面诱导组装制备二维有序介孔纳米片的方法 |
| CN110950317A (zh) * | 2019-12-15 | 2020-04-03 | 复旦大学 | 一种有序介孔碳及其水热制备方法 |
| CN110894067A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-03-20 | 复旦大学 | 空心介孔碳球及其制备方法 |
| CN114737219A (zh) * | 2022-04-15 | 2022-07-12 | 北京理工大学 | 一种原子级金属锰负载的氮掺杂介孔碳纳米微球及其应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115259137A (zh) | 2022-11-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109841854B (zh) | 一种氮掺杂碳载单原子氧还原催化剂及其制备方法 | |
| CN115259137B (zh) | 一种二维介孔碳纳米片及其制备方法与应用 | |
| CN108565478B (zh) | 一种氨基碳纳米管负载钴酸镍复合电催化材料及制备与应用 | |
| CN114050246A (zh) | 微米级多孔硫酸亚铁钠/碳复合正极材料及其制备的钠离子电池或钠电池 | |
| CN113363514A (zh) | 金属空气电池用碳气凝胶负载钴单原子催化剂、制备方法及其应用 | |
| Yang et al. | Recent progress on the design of hollow carbon spheres to host sulfur in room-temperature sodium–sulfur batteries | |
| CN113611881B (zh) | 一种原子级分散Fe/氮掺杂介孔碳球及其制备方法和应用 | |
| CN108428870B (zh) | 一种由金属及其金属衍生物复合的二维碳片气凝胶材料的规模化制备方法及其应用 | |
| CN111446414B (zh) | 一种共价有机框架材料、制备方法及其应用 | |
| CN110993975A (zh) | 氮掺杂多孔碳非金属催化剂及其制备方法和在氧化还原反应中的应用 | |
| CN108579718B (zh) | 一种铟掺杂的纳米多孔碳材料的制备方法及其应用 | |
| CN111744502B (zh) | 一种镁掺杂二硫化钴复合碳纳米管材料、制备方法与应用 | |
| CN112968184A (zh) | 一种三明治结构的电催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN112820886A (zh) | 一种三维分级多孔非金属碳基材料及其制备方法和应用 | |
| CN115036516A (zh) | 一种钴、氮共掺杂的中空管状多孔碳复合材料及其制备方法与应用 | |
| CN114524433B (zh) | 一种分级多孔硬碳的制备方法及硬碳和应用与负极和电极 | |
| CN113210002A (zh) | 一种钴氮掺杂分级多孔催化材料及其制备方法和应用 | |
| CN110098398B (zh) | 一种类蜂巢状硫掺杂碳材料的制备方法和应用 | |
| CN112320792A (zh) | 一种锂离子电池用的负极材料的制备方法及其产品 | |
| CN110942919A (zh) | 一种可快速充放电的水系锌离子混合超级电容器及其制备方法 | |
| CN110416512B (zh) | 基于Bi4Ti3O12@C/S复合材料的制备方法、复合材料及应用 | |
| CN113130879A (zh) | 一种锂硫电池高吸附催化性能正极材料的制备方法 | |
| CN111099574A (zh) | 用于锂离子电池负极的阶层多孔炭气凝胶的制备方法 | |
| CN111370714A (zh) | 一种复合催化剂的制备方法和在锂空气电池中的应用 | |
| CN114843529B (zh) | 一种基于水系zif衍生的多孔碳球及其制备方法和应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |