CN110357068B - 一种分级多孔碳纳米材料的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种分级多孔碳纳米材料的合成方法，包括以下步骤：A)将含有多螯合基团或邻羟基基团的有机小分子和无机锌盐在碱性水溶液中混合进行反应，得到以沉淀形式析出的前驱体；B)将所述前驱体进行高温热解，得到分级多孔碳纳米材料。本发明通过锌与含多螯合基团或邻羟基基团的有机小分子与锌在碱性水溶液中室温搅拌形成配位聚合物或配合物作为前驱体，随后在高温热解过程中前驱体中被螯合的锌发生团聚并形成纳米级分散的锌颗粒实现模板造孔作用，同时锌纳米颗粒可通过进一步的高温处理实现蒸发，进而不必进行后续刻蚀即可得到分级多孔碳纳米材料。本发明提供的合成方法简单、低成本、可控性强、普适性高及条件温和。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种分级多孔碳纳米材料的合成方法。
背景技术
传统多孔碳材料是生物质材料(如沥青、椰壳、木质纤维素、玉米杆等)为前驱体，结合物理或化学活化手段，经高温热解得到。通过这一简单、低成本的合成方法，工业上已发展出一系列生物质衍生多孔碳材料，并广泛应用于气体或液体的分离、水处理、空气净化等领域。但生物质材料受产地，生长环境以及自身特性影响，其结构及组成复杂且杂质含量较高，因而导致其衍生碳材料的微观结构及性质具有较差的可控性。此外，经物理或化学活化获得的孔尺寸通常集中在微孔范围内。而随着对多孔碳材料应用研究的不断深入，在碳材料中构建等级孔道结构被广泛认为是制备面向能源储存与转化、多相催化、气体吸附等多个新兴纳米技术应用领域高性能碳材料的重要手段之一。相比传统具有单一孔尺寸的碳材料而言，分级多孔碳材料的物质传输效率更高，且能提供与客体物质(分子、原子、离子)更大的接触面积，进而可用于制备高性能的锂电池负极材料、氧还原催化剂、氢气吸附材料等。因此，从分子层面出发构建具有确定结构与组成的富碳材料作为前驱体，并发展其他纳米造孔技术，是实现分级多孔碳材料可控合成的重要手段之一，也是进一步探索高性能碳基材料的基础。
目前所建立的分级多孔碳材料可控合成方法可以分为三类。
第一类是以化学合成的高分子作为前驱体，通过模板法或模板-活化相结合的方法，实现分级多孔碳的制备。该方法可以通过改变模板剂的结构和用量以及更换高分子种类来对碳产物的纳米结构和元素组成进行调控。
第二类方法是用离子液体作为前驱体，采用模板法或熔盐法进行造孔，进而获取分级多孔碳材料。
第三类构建分级多孔碳材料可控化合成的思路是热解金属有机框架材料(MOFs)，碳化过程中连接配体小分子的金属节点会原位生成纳米模板，进而实现造孔作用，同时MOFs衍生碳材料的组分可简单地通过替换结构中的金属离子或桥接配体实现，进而实现在碳框架中掺杂不同的杂元素及负载不同类型金属。
尽管上述所建立的方法为分级多孔碳材料的可控合成提供了多样的途径，然而这一领域仍然面临两方面的挑战。第一项挑战是如何能广泛地使用价格低廉的小分子去制备分级多孔碳材料，进而建立较为庞大的材料体系以支撑纳米结构及组成与性能构效关系的解析，并最终为设计高性能碳基材料指明方向。分级多孔碳材料的可控合成这一研究领域面临的第二项挑战是发展绿色可持续合成技术，实现该材料体系的宏量、廉价制备。目前分级多孔碳材料的合成方法通常需要使用大量有机溶剂、原料成本、制备过程复杂，不利于分级多孔碳材料的广泛应用及探索。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种分级多孔碳纳米材料的合成方法，本发明提供的合成方法简单、低成本、可控性强、普适性高及条件温和。
本发明提供了一种分级多孔碳纳米材料的合成方法，包括以下步骤：
A)将含有多螯合基团或邻羟基基团的有机小分子和无机锌盐在碱性水溶液中混合进行反应，得到以沉淀形式析出的前驱体；
B)将所述前驱体进行高温热解，得到分级多孔碳纳米材料。
优选的，步骤A)中，在碱性水溶液中混合原料还包括含螯合基团的脂肪链分子。
优选的，所述含螯合基团的脂肪链分子选自丁二酸、己二酸、辛二酸、癸二酸或全氟癸二酸，添加量为多螯合基团或邻羟基基团的有机小分子摩尔量的四分之一到二分之一。
优选的，所述碱性水溶液由三乙胺、氨水、氢氧化钾或氢氧化钠配制得到。
优选的，所述碱性水溶液的pH值为7～14。
优选的，所述含多螯合基团的有机小分子选自咪唑-2-甲酸、1H-苯并咪唑-5-羧酸、5-羧基苯并三唑、4,4’-(2,2,2-三氟-1-三氟甲基)亚乙基双(1,2-苯二甲酸)、对苯二甲酸、4,4-联苯二甲酸、D-组氨酸、1,5-萘二磺酸、4,4’-联苯二磺酸、8-羟基喹啉-5-磺酸水合物、2,2’-联吡啶-4,4’-二羧酸、4-羧基苯硼酸、茶多酚、咖啡酸、四羟基苯醌、5,5',6,6'-四羟基-3,3,3',3'-四甲基-1,1'-螺旋联吲哚、苯并咪唑、苯并三唑、2-苯基苯并咪唑-5-磺酸、5-磺基水杨酸二水化合物；
优选的，含邻羟基基团的分子选自邻苯二酚、3,4-二羟基甲苯、盐酸多巴胺、2,3-二羟基萘、邻苯三酚、儿茶精、黄芩素、没食子酸丙酯、香叶木素、3,4-二羟基苯腈、2,3-二羟基吡啶中的一种。
优选的，所述无机锌盐选自二水乙酸锌、六水合硝酸锌、无水氯化锌或碱式碳酸锌。
优选的，所述含有多螯合基团或邻羟基基团的有机小分子和无机锌盐的摩尔比为2:1～1:6；
所述含有多螯合基团或邻羟基基团的有机小分子与碱性水溶液中的碱性物质的摩尔比为2:1～1:8。
优选的，所述高温热解为：在氮气或氩氢的保护气氛下，将所述热解前驱体以2～10℃/min升至800～1000℃，保持2～5h；再以2～10℃/min降至400～600℃，自然冷却，得到分级多孔碳纳米材料。
与现有技术相比，本发明提供了一种分级多孔碳纳米材料的合成方法，包括以下步骤：A)将含有多螯合基团或邻羟基基团的有机小分子和无机锌盐在碱性水溶液中混合进行反应，得到以沉淀形式析出的前驱体；B)将所述前驱体进行高温热解，得到分级多孔碳纳米材料。本发明通过锌与含多螯合基团或邻羟基基团的有机小分子与锌在碱性水溶液中室温搅拌形成配位聚合物或配合物作为前驱体，随后在高温热解过程中前驱体中被螯合的锌发生团聚并形成纳米级分散的锌颗粒实现模板造孔作用，同时锌纳米颗粒可通过进一步的高温处理实现蒸发，进而不必进行后续刻蚀即可得到分级多孔碳纳米材料。本发明提供的合成方法简单、低成本、可控性强、普适性高及条件温和。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的分级多孔碳纳米材料的扫描电镜照片；
图2为本发明实施例1制备的分级多孔碳纳米材料的孔径分布数据；
图3为本发明实施例2制备的分级多孔碳纳米材料的扫描电镜照片；
图4为本发明实施例2制备的分级多孔碳纳米材料的孔径分布数据；
图5为本发明实施例3制备的分级多孔碳纳米材料的扫描电镜照片；
图6为本发明实施例3制备的分级多孔碳纳米材料的孔径分布数据；
图7为本发明实施例4制备的分级多孔碳纳米材料的扫描电镜照片；
图8为本发明实施例4制备的分级多孔碳纳米材料的孔径分布数据；
图9为本发明实施例5制备的分级多孔碳纳米材料的扫描电镜照片；
图10为本发明实施例5制备的分级多孔碳纳米材料的孔径分布数据；
图11为本发明实施例6制备的分级多孔碳纳米材料的扫描电镜照片；
图12为本发明实施例6制备的分级多孔碳纳米材料的孔径分布数据。
具体实施方式
本发明提供了一种分级多孔碳纳米材料的合成方法，包括以下步骤：
A)将含有多螯合基团或邻羟基基团的有机小分子和无机锌盐在碱性水溶液中混合进行反应，得到以沉淀形式析出的前驱体；
B)将所述前驱体进行高温热解，得到分级多孔碳纳米材料。
本发明首先将含有多螯合基团或邻羟基基团的有机小分子和无机锌盐在碱性水溶液中混合进行反应，得到以沉淀形式析出的前驱体。
具体的，将含多螯合基团或邻位二酚的有机小分子溶于碱性水溶液中，得到混合溶液；
所述含多螯合基团的有机小分子选自咪唑-2-甲酸、1H-苯并咪唑-5-羧酸、5-羧基苯并三唑、4,4’-(2,2,2-三氟-1-三氟甲基)亚乙基双(1,2-苯二甲酸)、对苯二甲酸、4,4-联苯二甲酸、D-组氨酸、1,5-萘二磺酸、4,4’-联苯二磺酸、8-羟基喹啉-5-磺酸水合物、2,2’-联吡啶-4,4’-二羧酸、4-羧基苯硼酸、茶多酚、咖啡酸、四羟基苯醌、5,5',6,6'-四羟基-3,3,3',3'-四甲基-1,1'-螺旋联吲哚、苯并咪唑、苯并三唑、2-苯基苯并咪唑-5-磺酸、5-磺基水杨酸二水化合物；优选为对苯二甲酸、5,5',6,6'-四羟基-3,3,3',3'-四甲基-1,1'-螺旋联吲哚。
所述含邻羟基基团的分子选自邻苯二酚、3,4-二羟基甲苯、盐酸多巴胺、2,3-二羟基萘、邻苯三酚、儿茶精、黄芩素、没食子酸丙酯、香叶木素、3,4-二羟基苯腈、2,3-二羟基吡啶中的一种，优选为邻苯二酚或3,4-二羟基苯腈。
所述碱性水溶液由三乙胺、氨水、氢氧化钾或氢氧化钠配制得到。所述碱性水溶液的pH值为7～14。
根据采用的有机小分子不同，可以得到一系列具有不同孔径分布、元素掺杂及形貌的分级多孔碳纳米材料。
所述有机小分子通常不具有良好的水溶性，使用碱性水溶液作为溶剂可有效通过成盐效应极大提升所述有机小分子在水溶液中的溶解性，进而避免有机溶剂的使用；此外，碱性水溶液的使用也有助于所述有机小子中羧基、羟基、磺酸基、亚氨基、硼酸基等官能团的去质子化，进而实现分子与锌的配位作用。
接着，向所述混合溶液中加入无机锌盐混合，进行反应，得到以沉淀形式析出的前驱体；
其中，所述无机锌盐选自二水乙酸锌、六水合硝酸锌、无水氯化锌或碱式碳酸锌。无机锌盐加入至混合溶液中，在混合搅拌进行反应过程中析出大量沉淀。所述反应的温度为室温条件，所述反应的时间为1～24小时。在本发明中，所述室温定义为25±5℃。
无机锌盐可通过配位作用与所述有机小分子形成具有低蒸汽压的配位聚合物或配合物，进而改善有机小分子的挥发性，实现从有机小分子出发制备分级多孔碳纳米材料。
然后，将析出的沉淀离心和干燥，得到前驱体。将上述沉淀物质经高速离心去除水分，后放入加热烘箱去除残余水分，得到热解前驱体。
所述含有多螯合基团或邻羟基基团的有机小分子和无机锌盐的摩尔比为2:1～1:6，优选为1:1～1:4；
所述含有多螯合基团或邻羟基基团的有机小分子与碱性水溶液中的碱性物质的摩尔比为2:1～1:8，优选为1:1～1:6。
最后，将所述前驱体进行高温热解，得到分级多孔碳纳米材料。
在高温热解过程中，前驱体结构中的锌可通过团聚作用原位形成纳米级分散的锌颗粒，进而作为模板剂起到造孔作用；随着热解过程的持续进行并当达到一定温度后，具有低沸点的锌纳米颗粒由于蒸发作用从碳材料内部及表面逸出，进而无需后续刻蚀处理即可得到分级多孔碳纳米材料。
为了使锌纳米颗粒能够在热解处理中充分脱离碳材料，所述的分级多孔碳纳米材料的热解步骤为：在氮气或氩氢的保护气氛下，将所述混合物以2～10℃/min升至800～1000℃，保持2～5h；再以2～10℃/min降至400～600℃，自然冷却，得到分级多孔碳纳米材料。
所述自然冷却为在室温条件下进行冷却。
在本发明中，将所述室温定义为25±5℃。
在本发明的一些具体实施方式中，步骤A)中，在碱性水溶液中混合原料还包括含螯合基团的脂肪链分子，所述含螯合基团的脂肪链分子选自丁二酸、己二酸、辛二酸、癸二酸或全氟癸二酸，添加量为多螯合基团或邻羟基基团的有机小分子摩尔量的四分之一到二分之一，优选为三分之一到二分之一
含螯合基团的脂肪链分子的额外加入可参与形成前驱体材料；由于脂肪链分子链段的热稳定性较差，因而可在热解过程中断裂、分解并释放气体，进而提供另一种造孔方式。
在本发明的一些具体实施方式中，在前驱体合成过程使用不同碱度的水溶液作为溶剂。使用不同碱度的水溶液作为溶剂可改变所述有机小分子与锌的配位结构以及前驱体结构中的锌含量，进而改变高温热解过程中原位生成的锌纳米颗粒大小及载量，最终实现孔径调控作用；具体的，所述碱性水溶液由三乙胺、氨水、氢氧化钾或氢氧化钠配制得到，通过改变所述碱性化学品与有机小分子的摩尔比例实现水溶液的碱度调控，调控溶液中去质子化后的有机小分子及氢氧根离子的浓度，碱度增加，去质子化的有机小分子及氢氧根离子的浓度增加，参与以锌离子为中心离子的配位体的比例发生变化，即更多的氢氧根离子配体参与配位，进而影响前驱体结构中的锌含量，最终使得比表面积随着碱用量的增加而增加。
本发明通过锌与含多螯合基团或邻羟基基团的有机小分子与锌在碱性水溶液中室温搅拌形成配位聚合物或配合物作为前驱体，随后在高温热解过程中前驱体中被螯合的锌发生团聚并形成纳米级分散的锌颗粒实现模板造孔作用，同时锌纳米颗粒可通过进一步的高温处理实现蒸发，进而不必进行后续刻蚀即可得到分级多孔碳纳米材料。本发明提供的合成方法简单、低成本、可控性强、普适性高及条件温和。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的分级多孔碳纳米材料的合成方法进行说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
a.将0.8g对苯二甲酸分散到80ml水中、后加入2.67ml三乙胺，经搅拌半小时后，再加入5.73g六水合硝酸锌，继续搅拌24小时，获得以沉淀形式析出的前驱体；
b.将上述含有前驱体的水溶液通过离心去除水分，再加入清水并通过离心重复洗涤三次，最后放入烘箱进行干燥处理；
c.将已干燥完全的前驱体转移到石英坩埚中，放入管式炉中，然后通入氮气作为保护气，将管式炉以5℃/min的速率升温至1000℃，保持2h；再以5℃/min的速率降温至500℃，最后再自然降至室温；管式炉内保持常压。获得分级多孔碳纳米材料；
图1为本发明实施例1由热解对苯二甲酸与六水合硝酸锌的螯合前驱体得到的分级多孔碳纳米材料的扫描电镜照片；
图2为本发明实施例1由热解对苯二甲酸与六水合硝酸锌的螯合前驱体得到的分级多孔碳纳米材料的孔径分布数据；
由图1和图2可以看出，本实施例制备的碳纳米材料是由微米或纳米尺寸的块状颗粒组成，且具有分级多孔结构。
实施例2
a.将0.8g对苯二甲酸以及0.209mg辛二酸分散到80ml水中、后加入3.34ml三乙胺，经搅拌半小时后，再加入7.16g六水合硝酸锌，继续搅拌24小时，获得以沉淀形式析出的前驱体；
b.将上述含有前驱体的水溶液通过离心去除水分，再加入清水并通过离心重复洗涤三次，最后放入烘箱进行干燥处理；
c.将已干燥完全的前驱体转移到石英坩埚中，放入管式炉中，然后通入氮气作为保护气，将管式炉以5℃/min的速率升温至1000℃，保持2h；再以5℃/min的速率降温至500℃，最后再自然降至室温；管式炉内保持常压。获得分级多孔碳纳米材料；
图3为本发明实施例2由热解对苯二甲酸、辛二酸与六水合硝酸锌的螯合前驱体得到的分级多孔碳纳米材料的扫描电镜照片；
图4为本发明实施例2由热解对苯二甲酸、辛二酸与六水合硝酸锌的螯合前驱体得到的分级多孔碳纳米材料的孔径分布数据；
由图1，2和图3，4的对比可以看出，本实施例具有明显不同于实施例1碳纳米材料的形貌及孔径分布。额外加入的脂肪链分子促使实施例2合成的碳纳米材料呈现更为松散的碳纳米颗粒结构，孔径分布也朝尺寸增大的方向变化。
实施例3
a.将0.8g 5,5',6,6'-四羟基-3,3,3',3'-四甲基-1,1'-螺旋联吲哚分散到50ml水中、后加入751.8mg氢氧化钾，经搅拌半小时后，再加入2.79g六水合硝酸锌，继续搅拌24小时，获得以沉淀形式析出的前驱体；
b.将上述含有前驱体的水溶液通过离心去除水分，再加入清水并通过离心重复洗涤三次，最后放入烘箱进行干燥处理；
c.将已干燥完全的前驱体转移到石英坩埚中，放入管式炉中，然后通入氮气作为保护气，将管式炉以5℃/min的速率升温至1000℃，保持2h；再以5℃/min的速率降温至500℃，最后再自然降至室温；管式炉内保持常压。获得分级多孔碳纳米材料；
图5为本发明实施例3由热解5,5',6,6'-四羟基-3,3,3',3'-四甲基-1,1'-螺旋联吲哚与六水合硝酸锌的螯合前驱体得到的分级多孔碳纳米材料的扫描电镜照片；
图6为本发明实施例3由热解5,5',6,6'-四羟基-3,3,3',3'-四甲基-1,1'-螺旋联吲哚与六水合硝酸锌的螯合前驱体得到的孔径分布数据；
由图1，2和图5，6的对比可以看出，本实施例具有明显不同于实施例1碳纳米材料的形貌及孔径分布。有机小分子结构的改变促使实施例3合成的碳纳米材料呈现较为无序的微米或纳米尺度分散的碳颗粒，其孔径分布也发生较大差异，但仍然保持了分级多孔分布的特点。
实施例4
a.将0.5g邻苯二酚分散到50ml水中、后加入3.63ml浓度为0.2g/ml的NaOH溶液，经搅拌半小时后，再加入5.40g二水乙酸锌，继续搅拌6小时，获得以沉淀形式析出的前驱体；
b.将上述含有前驱体的水溶液通过离心去除水分，再加入清水并通过离心重复洗涤三次，最后放入烘箱进行干燥处理；
c.将已干燥完全的前驱体转移到石英坩埚中，放入管式炉中，然后通入氮气作为保护气，将管式炉以5℃/min的速率升温至1000℃，保持2h；再以5℃/min的速率降温至500℃，最后再自然降至室温；管式炉内保持常压。获得分级多孔碳纳米材料；
图7为本发明实施例4由热解在4倍邻苯二酚摩尔量的NaOH碱液中邻苯二酚与二水乙酸锌的螯合前驱体得到的分级多孔碳纳米材料的扫描电镜照片；
图8为本发明实施例4由热解在4倍邻苯二酚摩尔量的NaOH碱液中邻苯二酚与二水乙酸锌的螯合前驱体得到的分级多孔碳纳米材料的孔径分布数据；
由图7和图8可以看出本实施例制备的碳纳米材料是具有分级多孔结构。根据氮气吸脱附等温线计算得比表面积2043m2/g，孔体积1.81cm3/g。
实施例5
a.将0.5g邻苯二酚分散到50ml水中、后加入5.45ml浓度为0.2g/ml的NaOH溶液，经搅拌半小时后，再加入5.40g二水乙酸锌，继续搅拌6小时，获得以沉淀形式析出的前驱体；
b.将上述含有前驱体的水溶液通过离心去除水分，再加入清水并通过离心重复洗涤三次，最后放入烘箱进行干燥处理；
c.将已干燥完全的前驱体转移到石英坩埚中，放入管式炉中，然后通入氮气作为保护气，将管式炉以5℃/min的速率升温至1000℃，保持2h；再以5℃/min的速率降温至500℃，最后再自然降至室温；管式炉内保持常压。获得分级多孔碳纳米材料；
图9为本发明实施例4由热解在6倍邻苯二酚摩尔量的NaOH碱液中邻苯二酚与二水乙酸锌的螯合前驱体得到的分级多孔碳纳米材料的扫描电镜照片；
图10为本发明实施例4由热解在6倍邻苯二酚摩尔量的NaOH碱液中邻苯二酚与二水乙酸锌的螯合前驱体得到的分级多孔碳纳米材料的孔径分布数据；
由图9和图10可以看出增强碱性之后结构和孔径分布基本不变，依然具有分级多孔结构，但材料的比表面积与孔体积有所提高，其比表面积和孔体积分别为2448m2/g，2.15cm3/g。
实施例6
a.将0.5g 3,4-二羟基苯腈分散到50ml水中、后加入2.96ml浓度为0.2g/ml的NaOH溶液，经搅拌半小时后，再加入3.25g二水乙酸锌，继续搅拌6小时，获得以沉淀形式析出的前驱体；
b.将上述含有前驱体的水溶液通过离心去除水分，再加入清水并通过离心重复洗涤三次，最后放入烘箱进行干燥处理；
c.将已干燥完全的前驱体转移到石英坩埚中，放入管式炉中，然后通入氮气作为保护气，将管式炉以5℃/min的速率升温至1000℃，保持2h；再以5℃/min的速率降温至500℃，最后再自然降至室温；管式炉内保持常压。获得分级多孔碳纳米材料；
图11为本发明实施例4由热解在4倍3,4-二羟基苯腈摩尔量的NaOH碱液中3,4-二羟基苯腈与二水乙酸锌的螯合前驱体得到的分级多孔碳纳米材料的扫描电镜照片；
图12为本发明实施例4由热解在4倍3,4-二羟基苯腈摩尔量的NaOH碱液中3,4-二羟基苯腈与二水乙酸锌的螯合前驱体得到的分级多孔碳纳米材料的孔径分布数据；
由图11，12和图6，7的对比可以看出，本实施例具有明显不同于实施例4碳纳米材料的形貌及孔径分布。有机小分子结构的改变促使实施例6合成不同形貌的碳材料，其孔径分布也发生较大差异，但仍然保持了分级多孔分布的特点，其比表面积和孔体积分别为1202m2/g，1.00cm3/g。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种分级多孔碳纳米材料的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
A）将含有多螯合基团或邻羟基基团的有机小分子和无机锌盐在碱性水溶液中混合进行反应，得到以沉淀形式析出的前驱体，
所述含邻羟基基团的有机小分子选自邻苯二酚、3,4-二羟基甲苯、盐酸多巴胺、2,3-二羟基萘、邻苯三酚、儿茶精、黄芩素、没食子酸丙酯、香叶木素、3,4-二羟基苯腈、2,3-二羟基吡啶中的一种；
所述含多螯合基团的有机小分子选自咪唑-2-甲酸、1H-苯并咪唑-5-羧酸、5-羧基苯并三唑、4,4’-(2,2,2-三氟-1-三氟甲基)亚乙基双(1,2-苯二甲酸)、对苯二甲酸、4,4-联苯二甲酸、D-组氨酸、1, 5-萘二磺酸、4,4’-联苯二磺酸、8-羟基喹啉-5-磺酸水合物、2,2’-联吡啶-4,4’-二羧酸、4-羧基苯硼酸、茶多酚、咖啡酸、四羟基苯醌、5,5',6,6'-四羟基-3,3,3',3'-四甲基-1,1'-螺旋联吲哚、苯并咪唑、苯并三唑、2-苯基苯并咪唑-5-磺酸、5-磺基水杨酸二水化合物中的一种；
所述含有多螯合基团或邻羟基基团的有机小分子和无机锌盐的摩尔比为2:1~1:6；
所述含有多螯合基团或邻羟基基团的有机小分子与碱性水溶液中的碱性物质的摩尔比为2:1~1:8；
B）将所述前驱体进行高温热解，得到分级多孔碳纳米材料。
2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，步骤A）中，在碱性水溶液中混合原料还包括含螯合基团的脂肪链分子。
3.根据权利要求2所述的合成方法，其特征在于，所述含螯合基团的脂肪链分子选自丁二酸、己二酸、辛二酸、癸二酸或全氟癸二酸，添加量为多螯合基团或邻羟基基团的有机小分子摩尔量的四分之一到二分之一。
4.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述碱性水溶液由三乙胺、氨水、氢氧化钾或氢氧化钠配制得到。
5.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述碱性水溶液的pH值为7~14。
6.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述无机锌盐选自二水乙酸锌、六水合硝酸锌、无水氯化锌或碱式碳酸锌。
7.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述高温热解为：
在氮气或氩氢的保护气氛下，将所述热解前驱体以2~10℃/min升至800~1000℃，保持2~5h；再以2~10℃/min降至400~600℃，自然冷却，得到分级多孔碳纳米材料。
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