本發明涉及材料制備，特別是涉及一種基于有機小分子成炭制備的高度無定型炭材料及應用。
背景技術：
1、無定型炭(也稱為非晶態炭)因其豐富的結構缺陷(包括孔、空位、邊緣位等本征缺陷以及雜原子、官能團等外來缺陷)而展現出廣泛的應用前景。尤其在作為超級電容器電極材料時，無定型炭因其獨特的結構特性而表現出優異的電容性能：豐富的孔結構和大比表面積提供了雙電層電容儲能位點，本征缺陷則展現出類雙電層的電化學反應活性，而雜原子和官能團則貢獻出贗電容活性。這些特性使得無定型炭成為超級電容器電極材料的理想選擇。
2、然而，當前無定型炭的制備方法主要依賴于有機物的高溫熱解和炭化過程。這種方法雖然有效，但有機物前驅體的化學組成、分子結構以及熱解、炭化工藝條件對最終炭材料的理化性質有著顯著影響，且制備過程往往較為復雜且能耗較高。特別地，對于有機小分子而言，由于其相對較低的沸點，在直接熱解過程中容易揮發，因此難以直接轉變為炭材料，通常僅作為炭材料前驅體的合成單體使用。
3、近年來，雖然有一些研究嘗試通過有機小分子的氣相沉積或高溫裂解來制備炭材料，但這些方法多傾向于制備具有高結晶性的炭材料，且對設備要求較高。此外，這些方法也未能充分利用有機小分子的結構特性來制備具有豐富缺陷結構和優異電容性能的無定型炭材料。
技術實現思路
1、為了克服現有技術的不足，本發明的目的是提供一種基于有機小分子成炭制備的高度無定型炭材料及應用，通過簡單高效的機械球磨過程，利用機械力誘導的化學反應，直接將有機小分子轉變為具有高度無定型結構的炭材料，并解決了現有技術中有機小分子難以直接成炭以及制備過程復雜、能耗高等問題。
2、為實現上述目的，本發明提供了如下方案：
3、本發明第一目的是提供了一種基于有機小分子成炭制備的高度無定型炭材料的方法，包括以下步驟：
4、s1、將有機小分子粉末和具有強還原性的金屬按照一定的質量比混合均勻，得到混合物；
5、s2、基于惰性氣氛下，將所述混合物與磨球按設定的質量比裝入球磨罐中，隨后將球磨罐裝入球磨機中進行機械球磨處理；
6、s3、將機械球磨處理后的材料取出，經純化處理得到高度無定型炭材料。
7、優選地，在步驟s1中，所述有機小分子粉末為固態粉末狀，所述有機小分子粉末的分子結構中苯環的數量小于4，分子式為cxhymz，其中6≤x≤18，6≤y≤20，元素m為o、s、n中的一種，z≤4。
8、優選地，所述金屬為粒徑小于1mm的粉末狀或顆粒狀，所述金屬為鐵、鈷、鎳、鋰、鈉、鉀、鎂、鈣、鋅中的一種或多種。
9、優選地，在步驟s1中，所述有機小分子粉末與金屬的質量比為基于有機小分子所含氫原子個數和金屬元素最外層電子數所確定，計算公式為：有機小分子粉末質量/有機小分子摩爾質量*氫原子個數＝金屬質量/金屬元素摩爾質量*金屬元素最外層電子數。
10、優選地，在步驟s2中，所述機械球磨處理的過程為：在氬氣或氮氣下，將所述混合物和磨球按質量比為1:20～1:100裝入球磨罐中，密封組裝后，將球磨罐裝入球磨機中進行轉速為200～1000r/min、時間為0.5～3h的機械球磨處理。
11、優選地，在步驟s3中，所述純化處理包括對機械球磨處理后的材料進行酸洗、水洗和干燥。
12、本發明的第二目的是采用上述方法制備的高度無定型炭材料，基于有機小分子衍生的高度無定型炭材料的碳含量大于90％；
13、所述高度無定型炭材料的d002>0.385nm，la<4.0nm、lc<1.5nm；
14、所述高度無定型炭材料的id/ig>1.80；
15、所述高度無定型炭材料的比表面積大于150m2?g-1。
16、本發明的第三目的是采用上述方法制備的高度無定型炭材料在超級電容器中的應用，所述高度無定型炭材料應用于超級電容器的電極材料，所述超級電容器的比電容大于170f?g-1，并且所述超級電容器具有優異的倍率性能和循環穩定性。
17、根據本發明提供的具體實施例，本發明公開了以下技術效果：
18、本發明采用機械球磨的方法，利用機械力誘導的有機小分子和具有強還原性的活潑金屬之間的機械化學反應，直接將有機小分子轉變為具有高度無定型結構的炭材料，進而解決了現有技術中有機小分子難以直接成炭以及制備過程復雜、能耗高等問題；同時本發明所提供的方法具有高效簡便，不需要高溫條件的優點，所獲得的高度無定型材料具有豐富的缺陷位點，用作超級電容器的電極材料時具有優異的電容性能，并且所提供的超級電容器兼具優異的倍率性能和循環穩定性。
1.一種基于有機小分子成炭制備的高度無定型炭材料的方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于有機小分子成炭制備的高度無定型炭材料的方法，其特征在于，在步驟s1中，所述有機小分子粉末為固態粉末狀，所述有機小分子粉末的分子結構中苯環的數量小于4，分子式為cxhymz，其中6≤x≤18，6≤y≤20，元素m為o、s、n中的一種，z≤4。
3.根據權利要求2所述的一種基于有機小分子成炭制備的高度無定型炭材料的方法，其特征在于，所述金屬為粒徑小于1mm的粉末狀或顆粒狀，所述金屬為鐵、鈷、鎳、鋰、鈉、鉀、鎂、鈣、鋅中的一種或多種。
4.根據權利要求3所述的一種基于有機小分子成炭制備的高度無定型炭材料的方法，其特征在于，在步驟s1中，所述有機小分子粉末與金屬的質量比為基于有機小分子所含氫原子個數和金屬元素最外層電子數所確定，計算公式為：有機小分子粉末質量/有機小分子摩爾質量*氫原子個數＝金屬質量/金屬元素摩爾質量*金屬元素最外層電子數。
5.根據權利要求1所述的一種基于有機小分子成炭制備的高度無定型炭材料的方法，其特征在于，在步驟s2中，所述機械球磨處理的過程為：在氬氣或氮氣下，將所述混合物和磨球按質量比為1:20～1:100裝入球磨罐中，密封組裝后，將球磨罐裝入球磨機中進行轉速為200～1000r/min、時間為0.5～3h的機械球磨處理。
6.根據權利要求1所述的一種基于有機小分子成炭制備的高度無定型炭材料的方法，其特征在于，在步驟s3中，所述純化處理包括對機械球磨處理后的材料進行酸洗、水洗和干燥。
7.根據權利要求1～6任一項所述的一種基于有機小分子成炭制備的高度無定型炭材料的方法制備的高度無定型炭材料，其特征在于，基于有機小分子衍生的高度無定型炭材料的碳含量大于90％；
8.根據權利要求7所述的一種基于有機小分子成炭制備的高度無定型炭材料的方法制備的高度無定型炭材料的應用，其特征在于，所述高度無定型炭材料應用于超級電容器的電極材料，所述超級電容器的比電容大于170f?g-1。