制备具有增加的表面积和总孔体积的多孔碳结构的方法以及使用该方法制备的多孔碳结构与流程

本公开涉及一种制造具有增加的表面积和总孔体积的多孔碳结构的方法以及使用该方法制造的多孔碳结构，并且更具体地，涉及一种制造能够显著地增加多孔碳结构的表面积和总孔体积的多孔碳结构的方法，以及使用该方法制造的多孔碳结构。

背景技术：

1、由于多孔碳结构的高表面积、高孔体积、优异的导电性和优异的化学稳定性，多孔碳结构被用于多种技术领域中，包括(i)吸附剂领域和(ii)包括燃料电池、二次电池和电容器的电化学领域。

2、为了精确地控制多孔碳结构的微观结构并且进一步增加多孔碳结构的表面积和总孔体积，通常使用模板制造多孔碳结构。例如，将碳前体(例如，单体)注入到包括球形无机颗粒和在其上形成的介孔壳的模板中，随后聚合和碳化以制备模板-碳复合物。然后，从模板-碳复合物中除去模板以制造中空型多孔碳结构。

3、然而，通过常规方法制造的多孔碳结构的表面积和总孔体积不足以满足工业要求(例如，2,000m2/g以上的bet表面积和2.0cm3/g以上的总孔体积)。

4、此外，多孔碳结构所需要的bet表面积和总孔体积水平在一些技术领域中正在增加。

技术实现思路

1、技术问题

2、因此，本公开涉及一种制造具有增加的表面积和总孔体积的多孔碳结构的方法以及使用该方法制造的多孔碳结构，所述方法和所述多孔碳结构能够防止由相关技术的限制和缺点引起的问题。

3、本公开的一个方面是提供一种能够生产具有大大增加的表面积和总孔体积的多孔碳结构的方法。

4、本公开的另一方面是提供一种具有大大增加的表面积和总孔体积的多孔碳结构。

5、本公开的另一方面是提供一种吸附剂，该吸附剂通过包括具有大大增加的表面积和总孔体积的多孔碳结构而被赋予优异的性能。

6、本公开的另一方面是提供一种用于电化学装置的电极，该电极通过包括具有大大增加的表面积和总孔体积的多孔碳结构而被赋予优异的性能。

7、本公开的另一方面是提供一种膜-电极组件，该膜-电极组件通过包括具有多孔碳结构的阳极和/或阴极而被赋予优异的性能，所述多孔碳结构具有大大增加的表面积和总孔体积。

8、本公开的另一方面是提供一种燃料电池，该燃料电池通过包括所述膜-电极组件而被赋予优异的性能。

9、除了上述本公开的方面之外，本公开的其它特征和优点将在下面的详细描述中描述，这将由本公开所属领域的技术人员清楚地理解。

10、技术方案

11、根据本公开的一个方面，提供了一种制造多孔碳结构的方法，该方法包括：制备具有介孔壳的模板；将碳前体注入到所述模板中，其中，所述碳前体包含聚合物前体和交联剂，其中，所述聚合物前体包含具有卤素官能团的第一组分和不具有卤素官能团的第二组分，其中，在所述聚合物前体中的所述第一组分的含量是20重量％至80重量％；使所述聚合物前体聚合以形成聚合物；使所述聚合物碳化以得到模板-碳复合物；和从所述模板-碳复合物中除去所述模板。

12、所述第一组分可以是卤化单体或nh4f。

13、所述卤化单体可以是氟化单体。

14、所述第一组分可以是氟苯酚，所述第二组分可以是苯酚，所述交联剂可以是多聚甲醛。

15、所述氟苯酚可以是4-氟苯酚。

16、所述第一组分可以是nh4f，所述第二组分可以是苯酚，所述交联剂可以是多聚甲醛。

17、所述方法可以进一步包括在注入所述碳前体之前用酸处理所述模板。

18、所述酸可以包含alcl3。

19、根据本公开的另一方面，提供了一种多孔碳结构，该多孔碳结构具有2,000至5,000m2/g的bet表面积和2.0至7.2cm3/g的总孔体积。

20、所述多孔碳结构可以具有2,300至5,000m2/g的bet表面积和2.8至7.2cm3/g的总孔体积。

21、所述多孔碳结构可以具有3，100至5,000m2/g的bet表面积和5.0至7.2cm3/g的总孔体积。

22、所述多孔碳结构可以具有3,400至5,000m2/g的bet表面积和5.7至7.2cm3/g的总孔体积。

23、所述多孔碳结构可以具有中空结构。

24、根据本公开的另一方面，提供了一种包括所述多孔碳结构的吸附剂。

25、根据本公开的另一方面，提供了一种用于电化学装置的电极，该电极包括所述多孔碳结构。

26、根据本公开的另一方面，提供了一种膜-电极组件，该膜-电极组件包括阳极、阴极以及在所述阳极和所述阴极之间的电解质膜，其中，选自所述阳极和所述阴极中的至少一个电极包括所述多孔碳结构以及分散在所述多孔碳结构上的催化金属颗粒。

27、根据本公开的另一方面，提供了一种包括所述膜-电极组件的燃料电池。

28、提供本公开的上述一般性描述仅用于说明本公开，而不限制本公开的范围。

29、有益效果

30、本公开提供了一种具有显著增加的表面积和总孔体积的多孔碳结构，其能够克服现有技术的局限性。因此，本公开可以满足由在相关领域中的技术发展引起的对具有更高表面积和总孔体积的多孔碳结构的需求。

31、此外，本公开的多孔碳结构能够改善包括其的吸附剂的性能以及包括其的电化学装置(例如，燃料电池、二次电池、电容器等)的性能。

技术特征：

1.一种制造多孔碳结构的方法，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一组分是卤化单体或nh4f。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述卤化单体是氟化单体。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一组分是氟苯酚，

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述氟苯酚是4-氟苯酚。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一组分是nh4f，

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，进一步包括在注入所述碳前体之前用酸处理所述模板。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述酸包含alcl3。

9.一种多孔碳结构，该多孔碳结构具有2,000至5,000m2/g的bet表面积和2.0至7.2cm3/g的总孔体积。

10.根据权利要求9所述的多孔碳结构，其中，所述多孔碳结构具有2,300至5,000m2/g的bet表面积和2.8至7.2cm3/g的总孔体积。

11.根据权利要求9所述的多孔碳结构，其中，所述多孔碳结构具有3,100至5,000m2/g的bet表面积和5.0至7.2cm3/g的总孔体积。

12.根据权利要求9所述的多孔碳结构，其中，所述多孔碳结构具有3,400至5,000m2/g的bet表面积和5.7至7.2cm3/g的总孔体积。

13.根据权利要求9至12中任一项所述的多孔碳结构，其中，所述多孔碳结构具有中空结构。

14.一种吸附剂，该吸附剂包括根据权利要求9至12中任一项所述的多孔碳结构。

15.一种用于电化学装置的电极，所述电极包括根据权利要求9至12中任一项所述的多孔碳结构。

16.一种膜-电极组件，包括：

17.一种燃料电池，该燃料电池包括根据权利要求16所述的膜-电极组件。

技术总结
公开了一种制备多孔碳结构的方法，其能够显著增加多孔碳结构的表面积和总孔体积；和使用所述方法制备的多孔碳结构。本发明的方法包括如下步骤：制备具有介孔壳的模板；将碳前体注入到所述模板中，所述碳前体包含聚合物前体和交联剂，所述聚合物前体包含具有卤素官能团的第一组分和不具有卤素官能团的第二组分，并且所述第一组分在所述聚合物前体中的含量为20至80重量％；使所述聚合物前体聚合以形成聚合物；使所述聚合物碳化以得到模板‑碳复合物；和从所述模板‑碳复合物中除去所述模板。

技术研发人员：金正镐,金埈永,宋佳映,孔络园,李主圣,南暻植,朴燦美
受保护的技术使用者：可隆工业株式会社
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14