本發(fā)明涉及電化學(xué)儲(chǔ)能
技術(shù)領(lǐng)域：
，更具體的涉及一種具有多尺度孔結(jié)構(gòu)的三維中空碳泡沫電極材料及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
：為解決日趨短缺的能源問題和日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，新能源的開發(fā)和利用已成為當(dāng)下研究的熱點(diǎn)。在新能源技術(shù)的研究領(lǐng)域中，電化學(xué)儲(chǔ)能裝置由于具有使用方便，性能可靠，便于攜帶，容量、電流和電壓可在相當(dāng)大的范圍內(nèi)任意組合和對環(huán)境無污染等許多優(yōu)點(diǎn)，受到廣大科研人員的青睞。然而，要促進(jìn)電化學(xué)儲(chǔ)能裝置的廣泛應(yīng)用，必須開發(fā)出更加優(yōu)良的儲(chǔ)能材料，才能滿足使用中的各項(xiàng)需求。在所有的儲(chǔ)能材料中，多孔碳材料由于具有大的比表面積，均勻的孔徑分布，孔結(jié)構(gòu)可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，是迄今為止最理想的儲(chǔ)能材料。近年來，多孔碳材料由于具有較大比表面積、豐富孔結(jié)構(gòu)、良好的熱穩(wěn)定性和優(yōu)異的化學(xué)惰性等特點(diǎn)引起了科學(xué)家的關(guān)注，并已廣泛應(yīng)用于催化、吸附，儲(chǔ)氫和色譜分離等領(lǐng)域。但隨著研究的深入，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)微孔在提供吸附位的同時(shí)，也增加了分子的擴(kuò)散阻力，從而阻礙分子的擴(kuò)散；介孔減少了擴(kuò)散阻力，但不能提供更多的吸附位。因此，具有單一孔道結(jié)構(gòu)的多孔碳材料已不能滿足更多領(lǐng)域上的一些應(yīng)用，迫切需要研究多級微介孔碳材料的制備與應(yīng)用以滿足電化學(xué)儲(chǔ)能器件電極材料的各方面需求。目前，具有多尺度孔結(jié)構(gòu)的三維碳材料的制備方法主要有活化法、模板法和自組裝法這三類。其中，模板法由于其可通過調(diào)節(jié)不同模板的結(jié)構(gòu)，得到具有不同孔隙結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物而被廣泛使用。但對于現(xiàn)有的模板法制備多尺度孔結(jié)構(gòu)的碳材料的技術(shù)，由于以下缺點(diǎn)嚴(yán)重阻礙了碳材料的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化：(1)模板材料的制備方法繁瑣；(2)原材料成本高；(3)反應(yīng)條件苛刻，甚至在有毒環(huán)境下進(jìn)行；(4)碳材料孔徑分布不均勻，比表面積不高；(5)多孔材料空隙利用率過低；(5)去除模板材料的方法過于復(fù)雜，耗費(fèi)成本；(6)不利于大規(guī)模生產(chǎn)。因此，開發(fā)出更簡易、可規(guī)模化的多尺度孔結(jié)構(gòu)碳材料制備方法對于促進(jìn)多尺度孔結(jié)構(gòu)碳材料的商業(yè)化以及電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)的穩(wěn)步發(fā)展具有重大意義。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種具有多尺度孔結(jié)構(gòu)的碳電極材料及其制備方法和應(yīng)用，以解決現(xiàn)有傳統(tǒng)方法制備多尺度孔結(jié)構(gòu)碳電極材料時(shí)合成步驟繁瑣、耗時(shí)長、原料毒性大、比表面積和孔容較小及孔徑分布不均等問題，很大程度上降低多尺度孔結(jié)構(gòu)碳材料制備的成本，同時(shí)本方法制備的具有不同尺度孔結(jié)構(gòu)的多孔碳材料能夠明顯地提高多孔碳材料的電化學(xué)性能，促進(jìn)多尺度孔結(jié)構(gòu)碳材料的大規(guī)模應(yīng)用及其商業(yè)化。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種具有多尺度孔結(jié)構(gòu)的三維中空碳泡沫電極材料的制備方法，包括以下步驟：步驟一)配制反應(yīng)劑，所述反應(yīng)劑包括氧化劑和燃料，將氧化劑和燃料按照1:1～1:2的摩爾比混合，并加入去離子水，充分?jǐn)嚢?，使反?yīng)劑完全溶解，得到反應(yīng)溶液；步驟二)將反應(yīng)溶液加熱至溶液沸騰，直至得到黃色粘性膠狀產(chǎn)物；步驟三)將黃色粘性膠狀產(chǎn)物置于馬弗爐中，以400～600℃進(jìn)行退火處理，經(jīng)過2～4h到具有多尺度孔結(jié)構(gòu)的灰白色固態(tài)產(chǎn)物；步驟四)將灰白色固態(tài)產(chǎn)物置于管式爐中，以保護(hù)氣體為載氣將乙醇勻速載入管式爐，爐溫保持在400～700℃進(jìn)行乙醇催化分解反應(yīng)，經(jīng)過2～4h后完成以灰白色固態(tài)產(chǎn)物為模板的碳均勻包覆過程；步驟五)向管式爐中通入氫氣，爐溫升至600～800℃通過氫氣還原和蒸發(fā)的過程將所使用的模板去除，保溫至模板材料被完全去除即得到目標(biāo)產(chǎn)物：多尺度孔結(jié)構(gòu)的三維中空碳泡沫。優(yōu)選的，步驟一)中，所述氧化劑為硝酸鹽，所述燃料為含碳有機(jī)物。優(yōu)選的，所述含碳有機(jī)物包括檸檬酸、尿素、蔗糖、氨基酸中的至少一種。優(yōu)選的，步驟一)中，所述氧化劑與燃料的摩爾比為1:1～1:1.5。優(yōu)選的，步驟四)中，所述保護(hù)氣體為氮?dú)饣蚨栊詺怏w。優(yōu)選的，在步驟四)中，氮?dú)夂鸵掖辑h(huán)境下以500℃進(jìn)行碳包覆過程，保溫時(shí)間為3h。優(yōu)選的，在步驟五)中，所述氫氣混合有保護(hù)氣體，保護(hù)氣體為氮?dú)饣蚨栊詺怏w；氫氣體積占總氣體體積的5％～30％；爐溫升至800℃進(jìn)行模板材料的去除過程，保溫至模板材料被完全去除。爐溫為600-900℃均可。優(yōu)選的，加熱的過程中，升溫速率均為為3～5℃/min。一種由上述具有多尺度孔結(jié)構(gòu)的三維中空碳泡沫電極材料的制備方法制得的具有多尺度孔結(jié)構(gòu)的三維中空碳泡沫。一種由上述方法制備的具有多尺度孔結(jié)構(gòu)的三維中空碳泡沫在超級電容器電極材料中的應(yīng)用。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果：本發(fā)明采用了將燃燒法與模板法相結(jié)合的方法提供了一種廉價(jià)、方便、安全、可大規(guī)模商業(yè)化的具有多尺度孔結(jié)構(gòu)的三維中空碳泡沫電極材料的制備方法及其應(yīng)用。本發(fā)明采用簡單、高效且反應(yīng)條件要求低的燃燒合成法制備多孔模板材料，能夠很大程度地節(jié)約成本，并且所制得的模板材料結(jié)構(gòu)可控性好，利于大規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明能夠精確具有多尺度孔結(jié)構(gòu)的三維中空泡沫碳材料的壁厚，控制精度在納米級，還能夠控制所得多尺度孔結(jié)構(gòu)的三維中空碳泡沫材料的孔徑。本發(fā)明在去除模板材料的過程中，利用了氫氣還原、高溫蒸發(fā)的方法，相比現(xiàn)有技術(shù)，步驟更簡單且耗時(shí)更短，且能在去除模板材料的同時(shí)產(chǎn)生大量孔隙結(jié)構(gòu)。本發(fā)明制備的具有多尺度孔結(jié)構(gòu)的三維中空碳泡沫電極材料具有微孔、介孔和大孔等多級孔隙結(jié)構(gòu)，比表面積高，有利于提高碳材料作為電極材料時(shí)的電化學(xué)性能。本發(fā)明制備的具有多尺度孔結(jié)構(gòu)的三維中空碳泡沫材料能作為超級電容器以及電池的電極材料，測試結(jié)果表明，該多尺度孔結(jié)構(gòu)碳電極材料具有優(yōu)良的沖放電倍率特性和循環(huán)穩(wěn)定性。綜上所述，相比于現(xiàn)有制備多尺度孔結(jié)構(gòu)碳電極材料的制備方法，本發(fā)明具有多方面的優(yōu)勢。從方法上，步驟簡單、原料豐富、反應(yīng)條件溫和、制作成本低廉，且易于大規(guī)模生產(chǎn)；從材料結(jié)構(gòu)上，本發(fā)明所制得的多尺度孔結(jié)構(gòu)三維中空碳泡沫材料具有微孔、介孔和大孔等多級空隙，其中主要的介孔利于增大比表面積從而提高材料性能，且能精確控制所制得三維中空碳泡沫材料的壁厚，同時(shí)能控制其孔徑大?。粡牟牧蠎?yīng)用性能上，本發(fā)明所制得的多尺度孔結(jié)構(gòu)三維中空碳泡沫材料具有優(yōu)良的充放電倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性能，能夠滿足目前電化學(xué)儲(chǔ)能器件的要求。從商業(yè)化角度而言，本發(fā)明所提供的多尺度孔結(jié)構(gòu)三維中空碳泡沫電極材料制備方法及應(yīng)用，能夠大規(guī)模的生產(chǎn)和應(yīng)用，極大地促進(jìn)了碳基電極材料的商業(yè)化。附圖說明圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種具有多尺度孔結(jié)構(gòu)的三維中空碳泡沫電極材料的制備方法流程圖；圖2中的a和b圖分別為具體實(shí)施例1得到的具有多尺度孔結(jié)構(gòu)的三維中空碳泡沫材料200nm和100nm的sem圖，可以看出該材料的多孔特性。圖3中的a、b和c圖為具體實(shí)施例1得到的具有多尺度孔結(jié)構(gòu)的三維中空碳泡沫材料的100nm、50nm和10nm的tem圖，該材料具有明顯的微孔和介孔。圖4中的a和b圖為具體實(shí)施例1得到的比表面積測試圖和孔徑分布圖，孔隙主要為介孔，比表面積高達(dá)1543m2/g。圖5中的a和b圖分別為具體實(shí)施例1得到的具有多尺度孔結(jié)構(gòu)的三維中空碳泡沫材料作為超級電容器電極材料時(shí)的放電容量-容量保持率和容量保持率-循環(huán)次數(shù)的電化學(xué)性能表征圖，利用該材料制成的超級電容器電極具有優(yōu)良的充放電倍率特性和循環(huán)穩(wěn)定性。圖6中的a和b分別是硝酸鋅和檸檬酸摩爾比為1:1.5和1:2時(shí)的sem圖，通過對比，比例為1:1.5時(shí)孔隙結(jié)構(gòu)更明顯。圖7中的a和b分別是馬弗爐中退火溫度為400℃和500℃時(shí)所得氧化鋅產(chǎn)物sem圖，經(jīng)過對比，400℃時(shí)的產(chǎn)物顆粒更小且具有更豐富的孔隙結(jié)構(gòu)。圖8中的a和b分別是馬弗爐中退火持續(xù)時(shí)間為2h和4h時(shí)所得氧化鋅產(chǎn)物光學(xué)照片，經(jīng)過對比，持續(xù)時(shí)間為2h時(shí)產(chǎn)物的立體結(jié)構(gòu)保持更好且孔隙更豐富。圖9中的a和b分別是以檸檬酸和蔗糖作為燃料(氧化劑均為硝酸鋅)所制得的氧化鋅產(chǎn)物光學(xué)照片，可見不同的燃料產(chǎn)生的產(chǎn)物結(jié)構(gòu)有明顯的區(qū)別。圖10中的a和b分別是以硝酸鋅和硝酸鎳作為氧化劑(燃料均為檸檬酸)所制得的不同產(chǎn)物的光學(xué)照片，兩種產(chǎn)物均具有多孔結(jié)構(gòu)，但不同氧化劑產(chǎn)物結(jié)構(gòu)及性能完全不同。圖11是利用本專利中的方法在不同溫度下所制得的三維中空泡沫碳材料的tem圖，從左至右反應(yīng)溫度逐漸升高或相同溫度下反應(yīng)時(shí)間的逐漸延長，圖中可以看出所得材料的壁厚增加，以證明本專利所提供的方法可以精確控制所得三維中空泡沫碳材料的壁厚。具體實(shí)施方式為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對本發(fā)明權(quán)利要求的限制。實(shí)施例1如圖1所示，一種具有多尺度孔結(jié)構(gòu)的三維中空碳泡沫電極材料的制備方法，制備過程包含以下步驟：1)配制反應(yīng)劑：將11.8996g硝酸鋅和12.6084g檸檬酸(摩爾比為1:1.5)混合，并加入去離子水，充分?jǐn)嚢瑁蛊渫耆芙狻?)將步驟1)中所得溶液置于電爐上，加熱至溶液沸騰，直至得到黃色粘性膠狀產(chǎn)物。3)將步驟2)中所得粘性凝膠狀產(chǎn)物置于馬弗爐中，以400℃進(jìn)行退火處理，退火時(shí)間持續(xù)2h后到具有多尺度孔結(jié)構(gòu)的灰白色固態(tài)產(chǎn)物。4)將步驟3)中所得產(chǎn)物置于管式爐中，以氮?dú)鉃檩d氣將乙醇勻速載入管式爐，爐溫保持在500℃進(jìn)行乙醇催化分解反應(yīng)，經(jīng)過3h后完成以步驟3)中所得產(chǎn)物為模板的碳均勻包覆過程。5)向管式爐中通入氫氣，氫氣中可混有氮?dú)饣蚨栊詺怏w，爐溫升至800℃通過氫氣還原和蒸發(fā)的過程將所使用的模板去除，保溫8h后，模板材料被完全去除，得到目標(biāo)產(chǎn)物多尺度孔結(jié)構(gòu)的三維中空碳泡沫，如圖2和圖3所示。6)將步驟5)中所得多級孔結(jié)構(gòu)的碳泡沫材料直接用作超級電容器的電極材料，利用電化學(xué)工作站測試該電極的電化學(xué)性能，如圖4和圖5所示。上述過程中，馬弗爐和管式爐加熱過程中，溫度上升率均為3～5℃/min。實(shí)施例2一種具有多尺度孔結(jié)構(gòu)的三維中空碳泡沫電極材料的制備方法，制備過程包含以下步驟：1)配制反應(yīng)劑：將硝酸鋅和檸檬酸按照1:2的摩爾比混合，并加入去離子水，充分?jǐn)嚢?，使其完全溶解?)將步驟1)中所得溶液置于電爐上，加熱至溶液沸騰，直至得到黃色粘性膠狀產(chǎn)物。3)將步驟2)中所得粘性凝膠狀產(chǎn)物置于馬弗爐中，以400℃進(jìn)行退火處理，退火時(shí)間持續(xù)2h后到具有多尺度孔結(jié)構(gòu)的灰白色固態(tài)產(chǎn)物。4)將步驟3)中所得產(chǎn)物置于管式爐中，以氮?dú)鉃檩d氣將乙醇勻速載入管式爐，爐溫保持在500℃進(jìn)行乙醇催化分解反應(yīng)，經(jīng)過3h后完成以步驟3)中所得產(chǎn)物為模板的碳均勻包覆過程。5)向管式爐中通入氫氣，氫氣中可混有氮?dú)饣蚨栊詺怏w，爐溫升至800℃通過氫氣還原和蒸發(fā)的過程將所使用的模板去除，保溫8h后，模板材料被完全去除，得到目標(biāo)產(chǎn)物多尺度孔結(jié)構(gòu)的三維中空碳泡沫。6)將步驟5)中所得多級孔結(jié)構(gòu)的碳泡沫材料直接用作超級電容器的電極材料，利用電化學(xué)工作站測試該電極的電化學(xué)性能。上述過程中，馬弗爐和管式爐加熱過程中，溫度上升率均為3～5℃/min。本實(shí)施例在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上改變了氧化劑與燃料的摩爾比，附圖6中為兩組模板材料的sem對比圖，本發(fā)明還改變了氧化劑和燃料的比例范圍從1:1～1:2，對比后發(fā)現(xiàn)，摩爾比為1:1.5時(shí)，效果最佳。實(shí)施例3一種具有多尺度孔結(jié)構(gòu)的三維中空碳泡沫電極材料的制備方法，制備過程包含以下步驟：1)配制反應(yīng)劑：將硝酸鋅和蔗糖按照1:1.5的摩爾比混合，并加入去離子水，充分?jǐn)嚢?，使其完全溶解?)將步驟1)中所得溶液置于電爐上，加熱至溶液沸騰，直至得到黃色粘性膠狀產(chǎn)物。3)將步驟2)中所得粘性凝膠狀產(chǎn)物置于馬弗爐中，以400℃進(jìn)行退火處理，退火時(shí)間持續(xù)2h后到具有多尺度孔結(jié)構(gòu)的灰白色固態(tài)產(chǎn)物。4)將步驟3)中所得產(chǎn)物置于管式爐中，以氮?dú)鉃檩d氣將乙醇勻速載入管式爐，爐溫保持在500進(jìn)行乙醇催化分解反應(yīng)，經(jīng)過3h后完成以步驟3)中所得產(chǎn)物為模板的碳均勻包覆過程。5)向管式爐中通入氫氣，氫氣中可混有氮?dú)饣蚨栊詺怏w，爐溫升至800℃通過氫氣還原和蒸發(fā)的過程將所使用的模板去除，保溫8h后，模板材料被完全去除，得到目標(biāo)產(chǎn)物多尺度孔結(jié)構(gòu)的三維中空碳泡沫。6)將步驟5)中所得多級孔結(jié)構(gòu)的碳泡沫材料直接用作超級電容器的電極材料，利用電化學(xué)工作站測試該電極的電化學(xué)性能。上述過程中，馬弗爐和管式爐加熱過程中，溫度上升率均為3～5℃/min。本實(shí)施例中，基于實(shí)施例1改變了反應(yīng)劑中的燃料，附圖9說明了不同的燃料也可以制得多孔氧化鋅，且產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)因?yàn)槿剂系牟煌兓景l(fā)明對比了檸檬酸、蔗糖、尿素、氨基酸等含碳有機(jī)物作為反應(yīng)劑中燃料時(shí)所制得的不同結(jié)構(gòu)的氧化鋅模板材料，但經(jīng)過對比，實(shí)施例1中以檸檬酸為燃料所制得的產(chǎn)物結(jié)構(gòu)較好，且成本低。實(shí)施例4一種具有多尺度孔結(jié)構(gòu)的三維中空碳泡沫電極材料的制備方法，制備過程包含以下步驟：1)配制反應(yīng)劑：將硝酸鎳和檸檬酸按照1:1.5的摩爾比混合，并加入去離子水，充分?jǐn)嚢瑁蛊渫耆芙狻?)將步驟1)中所得溶液置于電爐上，加熱至溶液沸騰，直至得到黃色粘性膠狀產(chǎn)物。3)將步驟2)中所得粘性凝膠狀產(chǎn)物置于馬弗爐中，以400℃進(jìn)行退火處理，退火時(shí)間持續(xù)2h后到具有多尺度孔結(jié)構(gòu)的灰白色固態(tài)產(chǎn)物。4)將步驟3)中所得產(chǎn)物置于管式爐中，以氮?dú)鉃檩d氣將乙醇勻速載入管式爐，爐溫保持在500℃進(jìn)行乙醇催化分解反應(yīng)，經(jīng)過3h后完成以步驟3)中所得產(chǎn)物為模板的碳均勻包覆過程。5)向管式爐中通入氫氣，氫氣中可混有氮?dú)饣蚨栊詺怏w，爐溫升至800℃通過氫氣還原和蒸發(fā)的過程將所使用的模板去除，保溫8h后，模板材料被完全去除，得到目標(biāo)產(chǎn)物多尺度孔結(jié)構(gòu)的三維中空碳泡沫。6)將步驟5)中所得多級孔結(jié)構(gòu)的碳泡沫材料直接用作超級電容器的電極材料，利用電化學(xué)工作站測試該電極的電化學(xué)性能。上述過程中，馬弗爐和管式爐加熱過程中，溫度上升率均為3～5℃/min。本實(shí)施例中，基于實(shí)施例1改變了反應(yīng)劑中的氧化劑，附圖10中說明了不同的氧化劑也可以制得多孔模板材料，本發(fā)明對比了不同硝酸鹽作為氧化劑時(shí)所制得的不同結(jié)構(gòu)的模板材料，隨著燃料的不同，所得出的產(chǎn)物結(jié)構(gòu)也不同，但經(jīng)過對比，實(shí)施例1中以硝酸鋅作為氧化劑所制得的產(chǎn)物結(jié)構(gòu)較好，且成本低。實(shí)施例5一種具有多尺度孔結(jié)構(gòu)的三維中空碳泡沫電極材料的制備方法，制備過程包含以下步驟：1)配制反應(yīng)劑：將硝酸鋅和檸檬酸按照1:1.5的摩爾比混合，并加入去離子水，充分?jǐn)嚢?，使其完全溶解?)將步驟1)中所得溶液置于電爐上，加熱至溶液沸騰，直至得到黃色粘性膠狀產(chǎn)物。3)將步驟2)中所得粘性凝膠狀產(chǎn)物置于馬弗爐中，以500℃進(jìn)行退火處理，退火時(shí)間持續(xù)2h后到具有多尺度孔結(jié)構(gòu)的灰白色固態(tài)產(chǎn)物。4)將步驟3)中所得產(chǎn)物置于管式爐中，以氮?dú)鉃檩d氣將乙醇勻速載入管式爐，爐溫保持在500℃進(jìn)行乙醇催化分解反應(yīng)，經(jīng)過3h后完成以步驟3)中所得產(chǎn)物為模板的碳均勻包覆過程。5)向管式爐中通入氫氣，氫氣中可混有氮?dú)饣蚨栊詺怏w，爐溫升至800℃通過氫氣還原和蒸發(fā)的過程將所使用的模板去除，保溫8h后，模板材料被完全去除，得到目標(biāo)產(chǎn)物多尺度孔結(jié)構(gòu)的三維中空碳泡沫。6)將步驟5)中所得多級孔結(jié)構(gòu)的碳泡沫材料直接用作超級電容器的電極材料，利用電化學(xué)工作站測試該電極的電化學(xué)性能。上述過程中，馬弗爐和管式爐加熱過程中，溫度上升率均為3～5℃/min。本實(shí)施例中，基于實(shí)施例1改變了步驟3)中的退火溫度，附圖7為兩種實(shí)施例下的對比圖，以說明不同的退火也可以制得多孔氧化鋅，且產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)受退火溫度和保溫時(shí)間影響而變化，本發(fā)明對比了400～600℃的退火溫度，但經(jīng)過對比，實(shí)施例1中以400℃為退火溫度的產(chǎn)物結(jié)構(gòu)較好。實(shí)施例6一種具有多尺度孔結(jié)構(gòu)的三維中空碳泡沫電極材料的制備方法，制備過程包含以下步驟：1)配制反應(yīng)劑：將硝酸鋅和檸檬酸按照1:1.5的摩爾比混合，并加入去離子水，充分?jǐn)嚢瑁蛊渫耆芙狻?)將步驟1)中所得溶液置于電爐上，加熱至溶液沸騰，直至得到黃色粘性膠狀產(chǎn)物。3)將步驟2)中所得粘性凝膠狀產(chǎn)物置于馬弗爐中，以400℃進(jìn)行退火處理，退火時(shí)間持續(xù)4h后到具有多尺度孔結(jié)構(gòu)的灰白色固態(tài)產(chǎn)物。4)將步驟3)中所得產(chǎn)物置于管式爐中，以氮?dú)鉃檩d氣將乙醇勻速載入管式爐，爐溫保持在500℃進(jìn)行乙醇催化分解反應(yīng)，經(jīng)過3h后完成以步驟3)中所得產(chǎn)物為模板的碳均勻包覆過程。5)向管式爐中通入氫氣，氫氣中可混有氮?dú)饣蚨栊詺怏w，爐溫升至800℃通過氫氣還原和蒸發(fā)的過程將所使用的模板去除，保溫8h后，模板材料被完全去除，得到目標(biāo)產(chǎn)物多尺度孔結(jié)構(gòu)的三維中空碳泡沫。6)將步驟5)中所得多級孔結(jié)構(gòu)的碳泡沫材料直接用作超級電容器的電極材料，利用電化學(xué)工作站測試該電極的電化學(xué)性能。上述過程中，馬弗爐和管式爐加熱過程中，溫度上升率均為3～5℃/min。本實(shí)施例中，基于實(shí)施例1改變了步驟3)中的退火時(shí)間，附圖8為不同退火時(shí)間所得氧化鋅模板材料的光學(xué)照片對比圖，用以說明本發(fā)明中不同的退火時(shí)間可以制得不同結(jié)構(gòu)的模板材料，但經(jīng)過對比，實(shí)施例1中以2h為退火持續(xù)時(shí)間所制得的模板材料的結(jié)構(gòu)最佳。實(shí)施例7一種具有多尺度孔結(jié)構(gòu)的三維中空碳泡沫電極材料的制備方法，制備過程包含以下步驟：1)配制反應(yīng)劑：將11.8996g硝酸鋅和12.6084g檸檬酸(摩爾比為1:1.5)混合，并加入去離子水，充分?jǐn)嚢?，使其完全溶解?)將步驟1)中所得溶液置于電爐上，加熱至溶液沸騰，直至得到黃色粘性膠狀產(chǎn)物。3)將步驟2)中所得粘性凝膠狀產(chǎn)物置于馬弗爐中，以400℃進(jìn)行退火處理，退火時(shí)間持續(xù)2h后到具有尺度孔結(jié)構(gòu)的灰白色固態(tài)產(chǎn)物。4)將步驟3)中所得產(chǎn)物置于管式爐中，以氮?dú)鉃檩d氣將乙醇勻速載入管式爐，爐溫保持在600℃進(jìn)行乙醇催化分解反應(yīng)，經(jīng)過3h后完成以步驟3)中所得產(chǎn)物為模板的碳均勻包覆過程。5)向管式爐中通入氫氣，氫氣中可混有氮?dú)饣蚨栊詺怏w，爐溫升至800℃通過氫氣還原和蒸發(fā)的過程將所使用的模板去除，保溫8h后，模板材料被完全去除，得到目標(biāo)產(chǎn)物多尺度孔結(jié)構(gòu)的三維中空碳泡沫。6)將步驟5)中所得多級孔結(jié)構(gòu)的碳泡沫材料直接用作超級電容器的電極材料，利用電化學(xué)工作站測試該電極的電化學(xué)性能。上述過程中，馬弗爐和管式爐加熱過程中，溫度上升率均為3～5℃/min。本實(shí)施例中，基于實(shí)施例1改變了步驟4)中碳包覆時(shí)的溫度，用以說明不同的碳包覆溫度下所得到的最終產(chǎn)物厚度和石墨化程度不一樣，本發(fā)明中還對比了400～700℃時(shí)不同產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，經(jīng)過對比，以實(shí)施例1中500℃為碳包覆溫度所制得的多孔碳材料最佳。實(shí)施例8一種具有多尺度孔結(jié)構(gòu)的三維中空碳泡沫電極材料的制備方法，制備過程包含以下步驟：1)配制反應(yīng)劑：將11.8996g硝酸鋅和12.6084g檸檬酸(摩爾比為1:1.5)混合，并加入去離子水，充分?jǐn)嚢瑁蛊渫耆芙狻?)將步驟1)中所得溶液置于電爐上，加熱至溶液沸騰，直至得到黃色粘性膠狀產(chǎn)物。3)將步驟2)中所得粘性凝膠狀產(chǎn)物置于馬弗爐中，以400℃進(jìn)行退火處理，退火時(shí)間持續(xù)2h后到具有多尺度孔結(jié)構(gòu)的灰白色固態(tài)產(chǎn)物。4)將步驟3)中所得產(chǎn)物置于管式爐中，以氮?dú)鉃檩d氣將乙醇勻速載入管式爐，爐溫保持在500℃進(jìn)行乙醇催化分解反應(yīng)，經(jīng)過4h后完成以步驟3)中所得產(chǎn)物為模板的碳均勻包覆過程。5)向管式爐中通入氫氣，氫氣中可混有氮?dú)饣蚨栊詺怏w，爐溫升至800℃通過氫氣還原和蒸發(fā)的過程將所使用的模板去除，保溫8h后，模板材料被完全去除，得到目標(biāo)產(chǎn)物多尺度孔結(jié)構(gòu)的三維中空碳泡沫。6)將步驟5)中所得多級孔結(jié)構(gòu)的碳泡沫材料直接用作超級電容器的電極材料，利用電化學(xué)工作站測試該電極的電化學(xué)性能。上述過程中，馬弗爐和管式爐加熱過程中，溫度上升率均為3～5℃/min。本實(shí)施例中，基于實(shí)施例1改變了步驟4)中碳包覆時(shí)的持續(xù)時(shí)間，用以說明不同的碳包覆持續(xù)時(shí)間下所得到的不同結(jié)構(gòu)的多尺度孔結(jié)構(gòu)碳材料，隨著時(shí)間的增加，碳包覆的厚度明顯增加，碳材料的產(chǎn)量增加，本發(fā)明中還對比了碳包覆時(shí)間為2～4h時(shí)不同產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，經(jīng)過對比，以實(shí)施例1中碳包覆時(shí)間為3h所制得的多孔碳材料最佳。實(shí)施例9一種具有多尺度孔結(jié)構(gòu)的三維中空碳泡沫電極材料的制備方法，制備過程包含以下步驟：1)配制反應(yīng)劑：將11.8996g硝酸鋅和12.6084g檸檬酸(摩爾比為1:1.5)混合，并加入去離子水，充分?jǐn)嚢?，使其完全溶解?)將步驟1)中所得溶液置于電爐上，加熱至溶液沸騰，直至得到黃色粘性膠狀產(chǎn)物。3)將步驟2)中所得粘性凝膠狀產(chǎn)物置于馬弗爐中，以400℃進(jìn)行退火處理，退火時(shí)間持續(xù)2h后到具有多尺度孔結(jié)構(gòu)的灰白色固態(tài)產(chǎn)物。4)將步驟3)中所得產(chǎn)物置于管式爐中，以氮?dú)鉃檩d氣將乙醇勻速載入管式爐，爐溫保持在500℃進(jìn)行乙醇催化分解反應(yīng)，經(jīng)過3h后完成以步驟3)中所得產(chǎn)物為模板的碳均勻包覆過程。5)向管式爐中通入氫氣，氫氣中可混有氮?dú)饣蚨栊詺怏w，爐溫升至600℃通過氫氣還原和蒸發(fā)的過程將所使用的模板去除，保溫8h后，模板材料被完全去除，得到目標(biāo)產(chǎn)物多尺度孔結(jié)構(gòu)的三維中空碳泡沫。6)將步驟5)中所得多級孔結(jié)構(gòu)的碳泡沫材料直接用作超級電容器的電極材料，利用電化學(xué)工作站測試該電極的電化學(xué)性能。上述過程中，馬弗爐和管式爐加熱過程中，溫度上升率均為3～5℃/min。本實(shí)施例中，基于實(shí)施例1改變了步驟5)中去除模板的反應(yīng)溫度，用以說明不同的反應(yīng)溫度對所制得碳材料結(jié)構(gòu)的影響，為使得模板材料被完全去除，反應(yīng)溫度要選取適當(dāng)。本發(fā)明中還對比了600～900℃所制得產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)，經(jīng)過對比，相同質(zhì)量的反應(yīng)物情況下實(shí)施例1中以800℃為反應(yīng)溫度所制得的多尺度孔結(jié)構(gòu)三維中空碳泡沫材料性能最佳。實(shí)施例10一種具有多尺度孔結(jié)構(gòu)的三維中空碳泡沫電極材料的制備方法，制備過程包含以下步驟：1)配制反應(yīng)劑：將11.8996g硝酸鋅和12.6084g檸檬酸(摩爾比為1:1.5)混合，并加入去離子水，充分?jǐn)嚢?，使其完全溶解?)將步驟1)中所得溶液置于電爐上，加熱至溶液沸騰，直至得到黃色粘性膠狀產(chǎn)物。3)將步驟2)中所得粘性凝膠狀產(chǎn)物置于馬弗爐中，以400℃進(jìn)行退火處理，退火時(shí)間持續(xù)2h后到具有多尺度孔結(jié)構(gòu)的灰白色固態(tài)產(chǎn)物。4)將步驟3)中所得產(chǎn)物置于管式爐中，以氮?dú)鉃檩d氣將乙醇勻速載入管式爐，爐溫保持在500℃進(jìn)行乙醇催化分解反應(yīng)，經(jīng)過3h后完成以步驟3)中所得產(chǎn)物為模板的碳均勻包覆過程。5)向管式爐中通入氫氣，氫氣中可混有氮?dú)饣蚨栊詺怏w，爐溫升至800℃通過氫氣還原和蒸發(fā)的過程將所使用的模板去除，保溫6h后，模板材料被完全去除，得到目標(biāo)產(chǎn)物多尺度孔結(jié)構(gòu)的三維中空碳泡沫。6)將步驟5)中所得多級孔結(jié)構(gòu)的碳泡沫材料直接用作超級電容器的電極材料，利用電化學(xué)工作站測試該電極的電化學(xué)性能。上述過程中，馬弗爐和管式爐加熱過程中，溫度上升率均為3～5℃/min。本實(shí)施例中，基于實(shí)施例1改變了步驟5)中去除模板的反應(yīng)時(shí)間，用以說明不同的反應(yīng)時(shí)間對所制得碳材料結(jié)構(gòu)的影響，反應(yīng)時(shí)間越久，模板材料去除得越完全，反應(yīng)時(shí)間也根據(jù)模板材料的質(zhì)量而定。本發(fā)明中還對比了反應(yīng)時(shí)間為6～9h所制得產(chǎn)物的前后質(zhì)量比，經(jīng)過對比，實(shí)施例1中以8h為反應(yīng)溫度所制得的多級孔碳材料性能最佳。反應(yīng)條件氧化鋅質(zhì)量m1和多孔碳質(zhì)量m2轉(zhuǎn)碳率：m1/m2溫度：800℃時(shí)間：6hm1：2.20891gm2：0.26922g12.18％溫度：800℃時(shí)間：8hm1：2.73328gm2：0.22594g8.27％當(dāng)前第1頁12