本技术适用于介孔材料技术领域,一种超小单介孔碳纳米颗粒及其制备方法和应用,碳纳米颗粒为中空结构;制备方法包括(1)制备单胶束溶液;(2)得到SiO<subgt;2</subgt;纳米颗粒;(3)得到SiO<subgt;2</subgt;@单胶束超结构纳米颗粒;(4)得到聚多巴胺包裹的SiO<subgt;2</subgt;@单胶束的复合物;(5)得到SiO<subgt;2</subgt;@介孔碳结构;以及超小单介孔碳纳米颗粒在电池的应用。有益效果:本发明公开了一种超小单介孔碳纳米颗粒及其制备方法,该单介孔碳纳米颗粒具有大的比表面积,超小粒径,大孔径和独特的破孔结构,增加了化学反应的活性位点,能提供更好的物质传输通道,降低了安全隐患,组装而成的水系锌离子电池,具有较高的放电比容量。
背景技术
中空材料,是一种内部具有较大空隙的仿生结构材料。因为它们在纳米级形态、空腔结构和化学成分上的多样性,能够在功能框架和被封装的客体物质之间产生定制的协同作用,从而在过去的几十年里被广泛应用于催化、能源、生物医药等研究领域。近十年来,人们致力于实现精确的形态控制和优化介观结构,制造具有不对称几何结构的中空纳米颗粒,例如不对称中空纳米瓶、纳米碗、纳米羽毛球等研究成果在各个领域所展现的开创性应用前景无限,这是因为它们不仅提供了复杂的纳米结构(开放的壳层结构),而且提供了优化的物理化学性质,如更大的比表面积,更高的填充密度,以及提升的质量/离子传输能力。
尤其是非对称中空介孔材料,是由介孔空腔的主体部分和径向开放的通孔组成。这种结构不仅可以增强介孔核心的结构稳定性,可以在增加体积堆积密度的同时,增加对颗粒空腔内大量活性位点的可达性。然而,现有的不对称的中空纳米颗粒大多是封闭的壳层结构,不均匀的形貌,不可控的合成过程。
两亲性分子定向协同自组装法,如十六烷基三甲基溴化铵(CTAB),Pluronic F127三嵌段共聚物,是一种基于溶液界面组装合成介孔纳米颗粒的通用方法。在反应体系中合理地引入适当的两亲性分子软模板和硬模板可以创建具有不对称介孔通道的中空纳米结构。在过去的三十年里,这些软胶束定向组装方法被广泛用于合成各种不对称的功能介孔材料。比如说羽毛球状介孔中空材料,应用于探讨纳米颗粒的结构与生物流体动力学、器官清除和血液循环之间的相互联系。又比如说碗状的介孔中空材料,应用于钠离子和锌离子电容器。然而,已有的不对称介孔中空纳米颗粒尺寸大,一般在几百纳米,甚至在微米级以上,限制了传质效率,如专利号为202410010874.9的专利公开了一种高比表面的覆盆子状介孔碳球及其制备方法,其中介孔超结构碳球的粒径为300-400nm。这些介孔材料尺寸大、形貌不规则是因为超小的模板剂在合成过程中本身存在一定的困难而且传统软模版胶束不稳定,粘连严重或容易相变生成杂质相。所以到目前为止,超小的,不对称介孔中空材料还没有被报道。因此当前合成一种超小的、非对称的、单介孔的、中空纳米结构材料是一个重大挑战。
实现思路