【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及材料制备，特别是涉及一种基于有机小分子成炭制备的高度无定型炭材料及应用。
技术介绍
1、无定型炭(也称为非晶态炭)因其丰富的结构缺陷(包括孔、空位、边缘位等本征缺陷以及杂原子、官能团等外来缺陷)而展现出广泛的应用前景。尤其在作为超级电容器电极材料时，无定型炭因其独特的结构特性而表现出优异的电容性能：丰富的孔结构和大比表面积提供了双电层电容储能位点，本征缺陷则展现出类双电层的电化学反应活性，而杂原子和官能团则贡献出赝电容活性。这些特性使得无定型炭成为超级电容器电极材料的理想选择。
2、然而，当前无定型炭的制备方法主要依赖于有机物的高温热解和炭化过程。这种方法虽然有效，但有机物前驱体的化学组成、分子结构以及热解、炭化工艺条件对最终炭材料的理化性质有着显著影响，且制备过程往往较为复杂且能耗较高。特别地，对于有机小分子而言，由于其相对较低的沸点，在直接热解过程中容易挥发，因此难以直接转变为炭材料，通常仅作为炭材料前驱体的合成单体使用。
3、近年来，虽然有一些研究尝试通过有机小分子的气相沉积或高温裂解来制备炭材料，但这些方法多倾向于制备具有高结晶性的炭材料，且对设备要求较高。此外，这些方法也未能充分利用有机小分子的结构特性来制备具有丰富缺陷结构和优异电容性能的无定型炭材料。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种基于有机小分子成炭制备的高度无定型炭材料及应用，通过简单高效的机械球磨过程，利用机械力诱导的化学反应，直接将有机小
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、本专利技术第一目的是提供了一种基于有机小分子成炭制备的高度无定型炭材料的方法，包括以下步骤：
4、s1、将有机小分子粉末和具有强还原性的金属按照一定的质量比混合均匀，得到混合物；
5、s2、基于惰性气氛下，将所述混合物与磨球按设定的质量比装入球磨罐中，随后将球磨罐装入球磨机中进行机械球磨处理；
6、s3、将机械球磨处理后的材料取出，经纯化处理得到高度无定型炭材料。
7、优选地，在步骤s1中，所述有机小分子粉末为固态粉末状，所述有机小分子粉末的分子结构中苯环的数量小于4，分子式为cxhymz，其中6≤x≤18，6≤y≤20，元素m为o、s、n中的一种，z≤4。
8、优选地，所述金属为粒径小于1mm的粉末状或颗粒状，所述金属为铁、钴、镍、锂、钠、钾、镁、钙、锌中的一种或多种。
9、优选地，在步骤s1中，所述有机小分子粉末与金属的质量比为基于有机小分子所含氢原子个数和金属元素最外层电子数所确定，计算公式为：有机小分子粉末质量/有机小分子摩尔质量*氢原子个数＝金属质量/金属元素摩尔质量*金属元素最外层电子数。
10、优选地，在步骤s2中，所述机械球磨处理的过程为：在氩气或氮气下，将所述混合物和磨球按质量比为1:20～1:100装入球磨罐中，密封组装后，将球磨罐装入球磨机中进行转速为200～1000r/min、时间为0.5～3h的机械球磨处理。
11、优选地，在步骤s3中，所述纯化处理包括对机械球磨处理后的材料进行酸洗、水洗和干燥。
12、本专利技术的第二目的是采用上述方法制备的高度无定型炭材料，基于有机小分子衍生的高度无定型炭材料的碳含量大于90％；
13、所述高度无定型炭材料的d002>0.385nm，la<4.0nm、lc<1.5nm；
14、所述高度无定型炭材料的id/ig>1.80；
15、所述高度无定型炭材料的比表面积大于150m2 g-1。
16、本专利技术的第三目的是采用上述方法制备的高度无定型炭材料在超级电容器中的应用，所述高度无定型炭材料应用于超级电容器的电极材料，所述超级电容器的比电容大于170f g-1，并且所述超级电容器具有优异的倍率性能和循环稳定性。
17、根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
18、本专利技术采用机械球磨的方法，利用机械力诱导的有机小分子和具有强还原性的活泼金属之间的机械化学反应，直接将有机小分子转变为具有高度无定型结构的炭材料，进而解决了现有技术中有机小分子难以直接成炭以及制备过程复杂、能耗高等问题；同时本专利技术所提供的方法具有高效简便，不需要高温条件的优点，所获得的高度无定型材料具有丰富的缺陷位点，用作超级电容器的电极材料时具有优异的电容性能，并且所提供的超级电容器兼具优异的倍率性能和循环稳定性。
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1.一种基于有机小分子成炭制备的高度无定型炭材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于有机小分子成炭制备的高度无定型炭材料的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述有机小分子粉末为固态粉末状，所述有机小分子粉末的分子结构中苯环的数量小于4，分子式为CxHyMz，其中6≤x≤18，6≤y≤20，元素M为O、S、N中的一种，z≤4。
3.根据权利要求2所述的一种基于有机小分子成炭制备的高度无定型炭材料的方法，其特征在于，所述金属为粒径小于1mm的粉末状或颗粒状，所述金属为铁、钴、镍、锂、钠、钾、镁、钙、锌中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的一种基于有机小分子成炭制备的高度无定型炭材料的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述有机小分子粉末与金属的质量比为基于有机小分子所含氢原子个数和金属元素最外层电子数所确定，计算公式为：有机小分子粉末质量/有机小分子摩尔质量*氢原子个数＝金属质量/金属元素摩尔质量*金属元素最外层电子数。
5.根据权利要求1所述的一种基于有机小分子成炭制备的高度无定型炭材料的方法，其特征在于
6.根据权利要求1所述的一种基于有机小分子成炭制备的高度无定型炭材料的方法，其特征在于，在步骤S3中，所述纯化处理包括对机械球磨处理后的材料进行酸洗、水洗和干燥。
7.根据权利要求1～6任一项所述的一种基于有机小分子成炭制备的高度无定型炭材料的方法制备的高度无定型炭材料，其特征在于，基于有机小分子衍生的高度无定型炭材料的碳含量大于90％；
8.根据权利要求7所述的一种基于有机小分子成炭制备的高度无定型炭材料的方法制备的高度无定型炭材料的应用，其特征在于，所述高度无定型炭材料应用于超级电容器的电极材料，所述超级电容器的比电容大于170F g-1。
...【技术特征摘要】
1.一种基于有机小分子成炭制备的高度无定型炭材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于有机小分子成炭制备的高度无定型炭材料的方法，其特征在于，在步骤s1中，所述有机小分子粉末为固态粉末状，所述有机小分子粉末的分子结构中苯环的数量小于4，分子式为cxhymz，其中6≤x≤18，6≤y≤20，元素m为o、s、n中的一种，z≤4。
3.根据权利要求2所述的一种基于有机小分子成炭制备的高度无定型炭材料的方法，其特征在于，所述金属为粒径小于1mm的粉末状或颗粒状，所述金属为铁、钴、镍、锂、钠、钾、镁、钙、锌中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的一种基于有机小分子成炭制备的高度无定型炭材料的方法，其特征在于，在步骤s1中，所述有机小分子粉末与金属的质量比为基于有机小分子所含氢原子个数和金属元素最外层电子数所确定，计算公式为：有机小分子粉末质量/有机小分子摩尔质量*氢原子个数＝金属质量/金属元素摩尔质量*金属元素最外层电子数。
<...【专利技术属性】
技术研发人员：苑仁鲁，宋怀河，刘学伟，仲崇睿，许骁宇，陈晓红，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：
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