CN103879995B - 碳纳米壁粉末的制备方法及石墨烯纳米带的制备方法 - Google Patents
碳纳米壁粉末的制备方法及石墨烯纳米带的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103879995B CN103879995B CN201210558251.2A CN201210558251A CN103879995B CN 103879995 B CN103879995 B CN 103879995B CN 201210558251 A CN201210558251 A CN 201210558251A CN 103879995 B CN103879995 B CN 103879995B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon nanometer
- nanometer wall
- preparation
- metal substrate
- wall powder
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明提供一种碳纳米壁粉末的制备方法，包括使用稀酸溶液对金属衬底进行刻蚀；在无氧和第一保护气体的氛围下，将金属衬底加热至600℃~900℃；在紫外光的照射下，向金属衬底表面通入甲烷、乙烷、丙烷、乙炔及乙醇中的一种，经过光催化化学气相沉积反应30分钟~300分钟，在金属衬底表面生成碳纳米壁；及反应完成后，在第一保护气体的氛围下将附有碳纳米壁的金属衬底冷却至室温，然后将碳纳米壁从所述金属衬底的表面刮下，得到碳纳米壁粉末的步骤。这种方法能够获得结构较为完整的碳纳米壁。进一步，还提供一种石墨烯纳米带的制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及纳米碳材料合成领域，特别是涉及一种碳纳米壁粉末的制备方法及一种石墨烯纳米带的制备方法。
背景技术
碳材料的种类有零维的富勒烯，一维的碳纳米管、碳纳米纤维等，二维的石墨烯，三维的石墨、金刚石等，碳纳米壁（carbonnanowall,CNW）是具有二维扩散的碳纳米结构体，其最典型的形貌就是垂直于基底材料表面生长，厚度大于石墨烯的壁状结构，与富勒烯、碳纳米管、石墨烯等的特征完全不同，可作为制备其它碳材料的原料。
早于石墨烯发现之前人们就开始研究碳纳米壁的制备。但不管是早期的制备方法还是最近的制备方法，都会涉及到在等离子体气氛下进行反应，这种制备方法会对CNW的结构造成一定的破坏。
发明内容
基于此，有必要提供一种碳纳米壁粉末的制备方法，以制备结构较为完整的碳纳米壁粉末。
进一步，提供一种利用上述碳纳米壁粉末的制备方法制备得到碳纳米壁石墨制备石墨烯纳米带的方法。
一种碳纳米壁粉末的制备方法，包括如下步骤：
使用稀酸溶液对金属衬底进行刻蚀；
在无氧和第一保护气体的氛围下，将所述金属衬底加热至600℃~900℃；
在紫外光的照射下，向所述金属衬底表面通入甲烷、乙烷、丙烷、乙炔及乙醇中的一种，经过光催化化学气相沉积反应30分钟~300分钟，在所述金属衬底表面生成碳纳米壁；及
反应完成后，在所述第一保护气体的氛围下将附有碳纳米壁的金属衬底冷却至室温，然后将所述碳纳米壁从所述金属衬底的表面刮下，得到碳纳米壁粉末。
在其中一个实施例中，所述使用稀酸溶液对金属衬底进行刻蚀的步骤具体为：将所述金属衬底放入浓度为0.01mol/L~1mol/L的稀酸溶液中刻蚀0.5分钟~10分钟。
在其中一个实施例中，所述使用稀酸溶液对金属衬底进行刻蚀步骤具体为：将所述金属衬底放入浓度为0.1mol/L~0.5mol/L的稀酸溶液中刻蚀1分钟~3分钟。
在其中一个实施例中，所述紫外光的波长为200～400nm。
在其中一个实施例中，所述金属衬底选自铁箔、镍箔及钴箔中的一种。
在其中一个实施例中，所述甲烷、乙烷、丙烷、乙炔及乙醇中的一种的流量为10sccm~1000sccm。
在其中一个实施例中，所述甲烷、乙烷、丙烷、乙炔及乙醇中的一种与所述第一保护气体的体积比为2~10:1。
一种石墨烯纳米带的制备方法，包括如下步骤：
根据上述碳纳米壁粉末的制备方法制备得到碳纳米壁粉末；
将所述碳纳米壁粉末放置于集流体上并压制成碳纳米壁片层得到工作电极；
将对电极、参比电极及所述工作电极共同浸泡于电解液中，在5mA/cm2~100mA/cm2的电流密度、室温下反应1小时~20小时后，将反应后的电解液进行过滤、洗涤滤渣并干燥得到插层碳纳米壁；及
将所述插层碳纳米壁在第二保护气体氛围及500W～1000W的等离子体氛围中处理10秒~600秒，得到石墨烯纳米带。
在其中一个实施例中，所述电解液选自甲酸、乙酸、丙酸、硝酸、硝基甲烷中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述干燥的条件为于60℃~80℃下真空干燥12小时~24小时。
上述碳纳米壁粉末的制备方法利用紫外光作为光催化剂，甲烷、乙烷、丙烷、乙炔及乙醇中的一种碳源经过化学气相沉积反应在经过刻蚀的金属衬底上生成碳纳米壁，将其刮下得到碳纳米壁粉末。这种方法能够避免传统的制备的方法中等离子体对碳纳米壁结构造成的破坏，生成的碳纳米壁粉末的结构较为完整。
附图说明
图1为一实施方式的碳纳米壁粉末的制备方法流程图；
图2为一实施方式的石墨烯纳米带的制备方法流程图；
图3为实施例1所制备的碳纳米壁粉末的SEM图；
图4为实施例1所制备的石墨烯纳米带的SEM图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
请参阅图1，一实施方式的碳纳米壁粉末的制备方法，包括如下步骤：
步骤S110：使用稀酸溶液对金属衬底进行刻蚀。
金属衬底优选为铁箔、镍箔及钴箔中的一种。
使用稀酸溶液对金属衬底进行刻蚀的步骤具体为：将金属衬底放入浓度为0.01mol/L~1mol/L的稀酸溶液中刻蚀0.5分钟~10分钟。
稀酸溶液为稀盐酸溶液、稀硫酸溶液或稀硝酸溶液。
优选地，稀酸溶液的浓度为0.1mol/L~0.5mol/L，刻蚀的时间为1分钟~3分钟。
对金属衬底进行刻蚀，使金属衬底表面产生缺陷，能够有效地改善金属衬底的表面结构，以为碳纳米壁提供一个有利的生长基底，使得碳纳米壁能够在金属衬底的表面生长。
将铁箔、镍箔及钴箔中的一种金属衬底放入浓度为0.1mol/L~0.5mol/L的稀酸溶液中刻蚀1分钟~3分钟，能够达到良好的刻蚀效果，有利于提高碳纳米壁的生长效率。
步骤S120：在无氧和第一保护气体的氛围下，将金属衬底加热至600℃~900℃。
首先将经过刻蚀的金属衬底依次用去离子水、乙醇和丙酮清洗干净并干燥，备用。
将清洗干燥后的经过刻蚀的金属衬底放入反应室中。排除反应室中的空气并通入第一保护气体，使反应室完全处于无氧状态，避免氧气的参与而影响碳纳米壁的生长，为碳纳米壁的生长提供一个稳定的环境。
将金属衬底加热至600℃~900℃，并保温至反应结束。
第一保护气体优选为氦气、氮气、氩气中的至少一种。
步骤S130：在紫外光的照射下，向金属衬底表面通入甲烷、乙烷、丙烷、乙炔及乙醇中的一种，经过光催化化学气相沉积反应30分钟~300分钟，在金属衬底表面生成碳纳米壁。
紫外光源设备与金属衬底正对。开启紫外光源设备，使紫外光照射在金属衬底的表面。
紫外光作为光催化剂。紫外光的强度的波长为200~400nm。
在紫外光的照射下，向反应室中通入碳源，使金属衬底处于碳源的氛围中。碳源选自甲烷、乙烷、丙烷、乙炔及乙醇中的一种。
碳源的流量为10sccm~1000sccm。
优选地，碳源与第一保护气体的体积比为2~10:1。
在紫外光照射下及在第一保护气体氛围中，甲烷、乙烷、丙烷、乙炔及乙醇中的一种经过光催化化学气相沉积反应30分钟~300分钟，在金属衬底上生成碳纳米壁。
步骤S140：反应完成后，在第一保护气体的氛围下将附有碳纳米壁的金属衬底冷却至室温，然后将碳纳米壁从金属衬底的表面刮下，得到碳纳米壁粉末。
反应30分钟~300分钟后，停止通入碳源，关闭加热设备及关闭紫外光源设备，待反应室和附有碳纳米壁的金属衬底冷却至室温后停止通入第一保护气体，将金属衬底表面的碳纳米壁刮下，得到碳纳米壁粉末。
待反应室和附有碳纳米壁的金属衬底冷却至室温后再停止通入第一保护气体，防止生成的碳纳米壁在高温下氧化，进一步保证得到碳纳米壁粉末的质量。
上述碳纳米壁粉末的制备方法利用紫外光作为光催化剂，以甲烷、乙烷、丙烷、乙炔及乙醇中的一种作为碳源，碳源经过光催化化学气相沉积反应在经过刻蚀的金属衬底上生成碳纳米壁，将该碳纳米壁刮下得到碳纳米壁粉末。这种方法能够避免传统的制备的方法中等离子体对碳纳米壁结构造成的破坏，生成的碳纳米壁粉末的结构较为完整，厚度均匀，质量较优。
将该结构较为完整的碳纳米壁粉末作为制备其他碳材料的原料，例如，采用该碳纳米壁粉末作为原料制备石墨烯纳米带，有利于提高石墨烯碳纳米带的质量。
并且，该碳纳米壁粉末的制备方法工艺简单，条件易控，提高了生产效率，光催化能有效降低反应温度，减少能耗，降低了生产成本。
该方法所用的设备都是普通的化工设备，对设备的要求较低，适合大规模生产。
请参阅图2，一实施方式的石墨烯纳米带的制备方法，包括如下步骤：
步骤S210：根据上述碳纳米壁粉末的制备方法制备得到碳纳米壁粉末，将碳纳米壁粉末放置于集流体上并压制成碳纳米壁片层得到工作电极。
将由上述碳纳米壁粉末的制备方法制备得到的碳纳米壁粉末和粘结剂放置于集流体上，然后用模具压制，使集流体上形成碳纳米壁片层，得到三电极体系的工作电极。集流体优选采用不锈钢集流体。
碳纳米壁片层的尺寸为75*40*7mm3。
步骤S220：将对电极、参比电极及工作电极共同浸泡于电解液中，在5mA/cm2~100mA/cm2的电流密度、室温下反应1小时~20小时后，将反应后的电解液行过滤、洗涤滤渣并干燥后得到插层碳纳米壁。
采用铅板作为对电极，Hg/Hg2SO4作为参比电极。
电解液选自甲酸、乙酸、丙酸、硝酸、硝基甲烷中的至少一种。电解液同时也起到插层剂的作用，在电场作用下，电解液在工作电极表面形成电势差，在电势差的驱动下不断克服碳纳米壁层间的作用力，插到碳纳米壁层间，得到插层碳纳米壁。
反应1小时~20小时后，将反应后的电解液进行过滤，然后将得到的滤渣用去离子水洗涤，再将洗涤后的滤渣于60℃~80℃下真空干燥12小时~24小时，得到干燥、纯净的插层碳纳米壁。
步骤S230：将插层碳纳米壁在第二保护气体氛围及500W～1000W的等离子体氛围中处理10秒~600秒，得到石墨烯纳米带。
向设置有微波等离子体设备的反应炉中通入第二保护气体，开启微波等离子体设备，调整其功率为500W～1000W，使反应炉中产生等离子体，然后将步骤S220制得的插层碳纳米壁放入中反应炉中，保持10s~600s后关闭微波等离子体设备，冷却至室温，便得到石墨烯纳米带。
第二保护气体气体选自氦气、氮气、氩气中的至少一种。
该石墨烯纳米带的制备方法采用上述碳纳米壁粉末的制备方法制备得到的结构较为完整、厚度均匀性好的高质量碳纳米壁粉末作为原料，采用三电极体系反应制备插层碳纳米壁，然后将插层碳纳米壁在等离子体氛围中剥离得到石墨烯纳米带。制备过程简单，等离子体能量集中，能快速将插层碳纳米壁剥离成石墨烯纳米带，制备时间短，效率高。
采用质量较优的碳纳米壁粉末作为原料制备的石墨烯纳米带，在碳纳米壁的生成过程中，等离子体会对碳纳米壁的结构产生较强的破坏作用。而在碳纳米壁生成后，等离子体的影响较小，将插层碳纳米壁放置于等离子体氛围中进行剥离不会对其结构产生较大的破坏作用。因此，上述石墨烯纳米带的制备方法能够获得质量较高的石墨烯纳米带。
并且，该质量较优的碳纳米壁粉末按上述碳纳米壁粉末的制备方法自行制备而来，价格低廉，有利于降低石墨烯纳米带的制备成本。
以下为具体实施例。
实施例1
（1）碳纳米壁粉末的制备
1.采用镍箔作为衬底，将镍箔放入浓度为1mol/L的稀盐酸溶液中刻蚀0.5分钟，刻蚀好后用去离子水、乙醇、丙酮进行清洗并干燥；
2.排除反应室中的空气并通入氮气，将清洗干燥后的镍箔放入通有氮气的反应室中，并将镍箔加热至900℃并保温，然后开启紫外光光源设备，令紫外光照射在镍箔表面，紫外光的波长为200nm，接着通入甲烷200sccm，甲烷与氮气的体积比为2:1，保持100分钟；
3.反应完成后，停止通入甲烷，停止对镍箔加热及关闭紫外光光源设备，待反应室冷却至室温后停止通入氮气，镍箔表面生成碳纳米壁，将其从镍箔表面刮下，便得到碳纳米壁粉末。
（2）石墨烯纳米带的制备
1.插层碳纳米壁的制备：采用不锈钢片作为集流体，将上述制备得到的碳纳米壁粉末放入集流体上，在集流体上压制成规格为75*40*7mm3（约2g）的碳纳米壁片层作为工作电极，以铅板作为对电极，Hg/Hg2SO4作为参比电极，甲酸作为电解液，将三电极放入电解池并完全浸泡在电解液中，在5mA/cm2的电流密度、室温下进行反应20小时，然后将反应后的电解液进行过滤，将得到的滤渣用去离子水清洗后置于真空干燥箱中于60℃干燥24小时后可得到纯净、干燥的插层碳纳米壁；
2.向设置有微波等离子体设备的反应炉通入氦气，使反应炉处于氦气保护气氛中，然后开启微波等离子体设备，调整功率为500W，使反应炉中产生等离子体，然后加入干燥好的插层碳纳米壁，保持600s后关闭微波等离子体设备，冷却至室温，便得到石墨烯纳米带。
图3为实施例1所制备的碳纳米壁粉末的SEM图。从图3可以看出，碳纳米壁垂直于基底密集生长，厚度均匀，约为30nm~60nm。
图4为实施例1所制备的石墨烯纳米带的SEM图。从图4可以看出，所制备的石墨烯纳米带宽度分布集中，约为20nm~40nm，长度约为2um~20um，长径比约为50~1000。
实施例2
（1）碳纳米壁粉末的制备
1.采用铁箔作为衬底，将铁箔放入浓度为0.5mol/L的稀硫酸溶液中刻蚀4分钟，刻蚀好后用去离子水、乙醇、丙酮进行清洗并干燥；
2.排除反应室中的空气并通入氩气，将清洗干燥后的铁箔放入通有氩气的反应室中，并将铁箔加热至600℃并保温，然后开启紫外光光源设备，令紫外光照射在铁箔表面，紫外光的波长为300nm，接着通入乙烷100sccm，乙烷与氩气的体积比为5:1，保持200分钟；
3.反应完成后，停止通入乙烷，停止对铁箔加热及关闭紫外光光源设备，待反应室冷却至室温后停止通入氩气，铁箔表面生成碳纳米壁，将其从铁箔表面刮下，便得到碳纳米壁粉末。
（2）石墨烯纳米带的制备
1.插层碳纳米壁的制备：采用不锈钢片作为集流体，将上述制备得到的碳纳米壁粉末放入集流体上，在集流体上压制成规格为75*40*7mm3（约2g）的碳纳米壁片层作为工作电极，以铅板作为对电极，Hg/Hg2SO4作为参比电极，乙酸作为电解液，将三电极放入电解池并完全浸泡在电解液中，在20mA/cm2的电流密度、室温下进行反应1小时，然后将反应后的电解液进行过滤，将得到的滤渣用去离子水清洗后置于真空干燥箱中于70℃干燥20小时后可得到纯净、干燥的插层碳纳米壁；
2.向设置有微波等离子体设备的反应炉里通入氮气，使反应炉处于氮气保护气氛中，然后开启微波等离子体设备，调整功率为600W，使反应炉中产生等离子体，然后加入干燥好的插层碳纳米壁，保持500s后关闭微波等离子体设备，冷却至室温，便得到石墨烯纳米带。
实施例3
（1）碳纳米壁粉末的制备
1.采用钴箔作为衬底，将钴箔放入浓度为0.01mol/L的稀硝酸溶液中刻蚀10分钟，刻蚀好后用去离子水、乙醇、丙酮进行清洗并干燥；
2.排除反应室中的空气并通入氦气，将清洗干燥后的钴箔放入通有氦气的反应室中，并将钴箔加热至700℃保温，然后开启紫外光光源设备，令紫外光照射在钴箔表面，紫外光的波长为400nm，接着通入乙炔10sccm，乙炔与氦气的体积比为8:1，保持300分钟；
3.反应完成后，停止通入乙炔，停止对钴箔加热及关闭紫外光光源设备，待反应室冷却至室温后停止通入氦气，钴箔表面生成碳纳米壁，将其从钴箔表面刮下，便得到碳纳米壁粉末。
（2）石墨烯纳米带的制备
1.插层碳纳米壁的制备：采用不锈钢片作为集流体，将上述制备得到的碳纳米壁粉末放入集流体上，在集流体上压制成规格为75*40*7mm3（约2g）的碳纳米壁片层作为工作电极，以铅板作为对电极，Hg/Hg2SO4作为参比电极，丙酸作为电解液，将三电极放入电解池并完全浸泡在电解液中，在50mA/cm2的电流密度、室温下进行反应2小时，然后将反应后的电解液进行过滤，将得到的滤渣用去离子水清洗后置于真空干燥箱中于80℃干燥12小时后可得到纯净、干燥的插层碳纳米壁；
2.向设置有微波等离子体设备的反应炉里通入氩气，使反应炉处于氩气保护气氛中，然后开启微波等离子体设备，调整功率为700W，使反应炉中产生等离子体，然后加入干燥好的插层碳纳米壁，保持400s后关闭微波等离子体设备，冷却至室温，便得到石墨烯纳米带。
实施例4
（1）碳纳米壁粉末的制备
1.采用镍箔作为衬底，将镍箔放入浓度为0.2mol/L的稀盐酸溶液中刻蚀2分钟，刻蚀好后用去离子水、乙醇、丙酮进行清洗并干燥；
2.排除反应室中的空气并通入氮气，将清洗干燥后的镍箔放入通有氮气的反应室中，并将镍箔加热至750℃并保温，然后开启紫外光光源设备，令紫外光照射在镍箔表面，紫外光的波长为250nm，接着通入丙烷1000sccm，丙烷与氮气的体积比为10:1，保持30分钟；
3.反应完成后，停止通入丙烷，停止对镍箔加热及关闭紫外光光源设备，待反应室冷却至室温后停止通入氮气，镍箔表面生成碳纳米壁，将其从镍箔表面刮下，便得到碳纳米壁粉末。
（2）石墨烯纳米带的制备
1.插层碳纳米壁的制备：采用不锈钢片作为集流体，将上述制备得到的碳纳米壁粉末放入集流体上，在集流体上压制成规格为75*40*7mm3（约2g）的碳纳米壁片层作为工作电极，以铅板作为对电极，Hg/Hg2SO4作为参比电极，质量分数为68%的硝酸作为电解液，将三电极放入电解池并完全浸泡在电解液中，在100mA/cm2的电流密度、室温下进行反应5小时，然后将反应后的电解液进行过滤，将得到的滤渣用去离子水清洗后置于真空干燥箱中于75℃干燥15小时后可得到纯净、干燥的插层碳纳米壁；
2.向设置有微波等离子体设备的反应炉里通入氦气，使反应炉处于氦气保护气氛中，然后开启微波等离子体设备，调整功率为800W，使反应炉中产生等离子体，然后加入干燥好的插层碳纳米壁，保持300s后关闭微波等离子体设备，冷却至室温，便得到石墨烯纳米带。
实施例5
（1）碳纳米壁粉末的制备
1.采用铁箔作为衬底，将铁箔放入浓度为0.1mol/L的稀硫酸溶液中刻蚀5分钟，刻蚀好后用去离子水、乙醇、丙酮进行清洗并干燥；
2.排除反应室中的空气并通入氩气，将清洗干燥后的铁箔放入通有氩气的反应室中，并将铁箔加热至800℃并保温，然后开启紫外光光源设备，令紫外光照射在铁箔表面，紫外光的波长为330nm，接着通入乙醇500sccm，乙醇与氩气的体积比为6:1，保持50分钟；
3.反应完成后，停止通入乙醇，停止对铁箔加热及关闭紫外光光源设备，待反应室冷却至室温后停止通入氩气，铁箔表面生成碳纳米壁，将其从铁箔表面刮下，便得到碳纳米壁粉末。
（2）石墨烯纳米带的制备
1.插层碳纳米壁的制备：采用不锈钢片作为集流体，将上述制备得到的碳纳米壁粉末放入集流体上，在集流体上压制成规格为75*40*7mm3（约2g）的碳纳米壁片层作为工作电极，以铅板作为对电极，Hg/Hg2SO4作为参比电极，甲酸作为电解液，将三电极放入电解池并完全浸泡在电解液中，在80mA/cm2的电流密度、室温下进行反应10小时，然后将反应后的电解液进行过滤，将得到的滤渣用去离子水清洗后置于真空干燥箱中于65℃干燥18小时后可得到纯净、干燥的插层碳纳米壁；
2.向设置有微波等离子体设备的反应炉里通入氮气，使反应炉处于氮气保护气氛中，然后开启微波等离子体设备，调整功率为900W，使反应炉中产生等离子体，然后加入干燥好的插层碳纳米壁，保持200s后关闭微波等离子体设备，冷却至室温，便得到石墨烯纳米带。
实施例6
（1）碳纳米壁粉末的制备
1.采用钴箔作为衬底，将钴箔放入浓度为0.4mol/L的稀硝酸溶液中刻蚀8分钟，刻蚀好后用去离子水、乙醇、丙酮进行清洗并干燥；
2.排除反应室中的空气并通入氦气，将清洗干燥后的钴箔放入通有氦气的反应室中，并将钴箔加热至850℃并保温，然后开启紫外光光源设备，令紫外光照射在钴箔表面，紫外光的波长为380nm，接着通入甲烷800sccm，甲烷与氦气的体积比为4:1，保持90分钟；
3.反应完成后，停止通入甲烷，停止对钴箔加热及关闭紫外光光源设备，待反应室冷却至室温后停止通入氦气，钴箔表面生成碳纳米壁，将其从钴箔表面刮下，便得到碳纳米壁粉末。
（2）石墨烯纳米带的制备
1.插层碳纳米壁的制备：采用不锈钢片作为集流体，将上述制备得到的碳纳米壁粉末放入集流体上，在集流体上压制成规格为75*40*7mm3（约2g）的碳纳米壁片层作为工作电极，以铅板作为对电极，Hg/Hg2SO4作为参比电极，硝基甲烷作为电解液，将三电极放入电解池并完全浸泡在电解液中，在40mA/cm2的电流密度、室温下进行反应15小时，然后将反应后的电解液进行过滤，将得到的滤渣用去离子水清洗后置于真空干燥箱中于60℃干燥20小时后可得到纯净、干燥的插层碳纳米壁；
2.向设置有微波等离子体设备的反应炉里通入氩气，使反应炉处于氩气保护气氛中，然后开启微波等离子体设备，调整功率为1000W，使反应炉中产生等离子体，然后加入干燥好的插层碳纳米壁，保持10s后关闭微波等离子体设备，冷却至室温，便得到石墨烯纳米带。
实施例7
（1）碳纳米壁粉末的制备
1.采用镍箔作为衬底，将镍箔放入浓度为0.25mol/L的稀盐酸溶液中刻蚀3分钟，刻蚀好后用去离子水、乙醇、丙酮进行清洗并干燥；
2.排除反应室中的空气并通入氮气，将清洗干燥后的镍箔放入通有氮气的反应室中，并将镍箔加热至900℃并保温，然后开启紫外光光源设备，令紫外光照射在镍箔表面，紫外光的波长为280nm，接着通入乙烷300sccm，乙烷与氮气的体积比为3:1，保持120分钟；
3.反应完成后，停止通入乙烷，停止对镍箔加热及关闭紫外光光源设备，待反应室冷却至室温后停止通入氮气，镍箔表面生成碳纳米壁，将其从镍箔表面刮下，便得到碳纳米壁粉末。
（2）石墨烯纳米带的制备
1.插层碳纳米壁的制备：采用不锈钢片作为集流体，将上述制备得到的碳纳米壁粉末放入集流体上，在集流体上压制成规格为75*40*7mm3（约2g）的碳纳米壁片层作为工作电极，以铅板作为对电极，Hg/Hg2SO4作为参比电极，乙酸和硝基甲烷按体积比1:1混合的混合液作为电解液，将三电极放入电解池并完全浸泡在电解液中，在10mA/cm2的电流密度、室温下进行反应6小时，然后将反应后的电解液进行过滤，将得到的滤渣用去离子水清洗后置于真空干燥箱中于80℃干燥12小时后可得到纯净、干燥的插层碳纳米壁；
2.向设置有微波等离子体设备的反应炉里通入氦气，使反应炉处于氦气保护气氛中，然后开启微波等离子体设备，调整功率为850W，使反应炉中产生等离子体，然后加入干燥好的插层碳纳米壁，保持50s后关闭微波等离子体设备，冷却至室温，便得到石墨烯纳米带。
实施例8
（1）碳纳米壁粉末的制备
1.采用铁箔作为衬底，将铁箔放入浓度为1mol/L的稀盐酸溶液中刻蚀4分钟，刻蚀好后用去离子水、乙醇、丙酮进行清洗并干燥；
2.排除反应室中的空气并通入氩气，将清洗干燥后的铁箔放入通有氩气的反应室中，并将铁箔加热至650℃并保温，然后开启紫外光光源设备，令紫外光照射在铁箔表面，紫外光的波长为200nm，接着通入乙炔200sccm，乙炔与氩气的体积比为2:1，保持180分钟；
3.反应完成后，停止通入乙炔，停止对铁箔加热及关闭紫外光光源设备，待反应室冷却至室温后停止通入氩气，铁箔表面生成碳纳米壁，将其从铁箔表面刮下，便得到碳纳米壁粉末。
（2）石墨烯纳米带的制备
1.插层碳纳米壁的制备：采用不锈钢片作为集流体，将上述制备得到的碳纳米壁粉末放入集流体上，在集流体上压制成规格为75*40*7mm3（约2g）的碳纳米壁片层作为工作电极，以铅板作为对电极，Hg/Hg2SO4作为参比电极，甲酸和质量分数为68%的硝酸按体积比4:1混合的混合液作为电解液，将三电极放入电解池并完全浸泡在电解液中，在30mA/cm2的电流密度、室温下进行反应8小时，然后将反应后的电解液进行过滤，将得到的滤渣用去离子水清洗后置于真空干燥箱中于70℃干燥15小时后可得到纯净、干燥的插层碳纳米壁；
2.向设置有微波等离子体设备的反应炉里通入氮气，使反应炉处于氮气保护气氛中，然后开启微波等离子体设备，调整功率为750W，使反应炉中产生等离子体，然后加入干燥好的插层碳纳米壁，保持100s后关闭微波等离子体设备，冷却至室温，便得到石墨烯纳米带。
实施例9
（1）碳纳米壁粉末的制备
1.采用钴箔作为衬底，将钴箔放入浓度为0.3mol/L的稀硫酸溶液中刻蚀2分钟，刻蚀好后用去离子水、乙醇、丙酮进行清洗并干燥；
2.排除反应室中的空气并通入氩气，将清洗干燥后的钴箔放入通有氦气的反应室中，并将钴箔加热至700℃并保温，然后开启紫外光光源设备，令紫外光照射在钴箔表面，紫外光的波长为400nm，接着通入丙烷50sccm，丙烷与氦气的体积比为5:1，保持240分钟；
3.反应完成后，停止通入丙烷，停止对钴箔加热及关闭紫外光光源设备，待反应室冷却至室温后停止通入氦气，钴箔表面生成碳纳米壁，将其从钴箔表面刮下，便得到碳纳米壁粉末。
（2）石墨烯纳米带的制备
1.插层碳纳米壁的制备：采用不锈钢片作为集流体，将上述制备得到的碳纳米壁粉末放入集流体上，在集流体上压制成规格为75*40*7mm3（约2g）的碳纳米壁片层作为工作电极，以铅板作为对电极，Hg/Hg2SO4作为参比电极，丙酸和质量分数为68%的硝酸按体积比1:2混合的混合液作为电解液，将三电极放入电解池并完全浸泡在电解液中，在5mA/cm2的电流密度、室温下进行反应15小时，然后将反应后的电解液进行过滤，将得到的滤渣用去离子水清洗后置于真空干燥箱中于80℃干燥20小时后可得到纯净、干燥的插层碳纳米壁；
2.向设置有微波等离子体设备的反应炉里通入氩气，使反应炉处于氩气保护气氛中，然后开启微波等离子体设备，调整功率为650W，使反应炉中产生等离子体，然后加入干燥好的插层碳纳米壁，保持300s后关闭微波等离子体设备，冷却至室温，便得到石墨烯纳米带。
实施例10
（1）碳纳米壁粉末的制备
1.采用镍箔作为衬底，将镍箔放入浓度为0.5mol/L的稀硝酸溶液中刻蚀5分钟，刻蚀好后用去离子水、乙醇、丙酮进行清洗并干燥；
2.排除反应室中的空气并通入氮气，将清洗干燥后的镍箔放入通有氮气的反应室中，并将镍箔加热至800℃并保温，然后开启紫外光光源设备，令紫外光照射在镍箔表面，紫外光的波长为350nm，接着通入乙醇20sccm，乙醇与氮气的体积比为8:1，保持300分钟；
3.反应完成后，停止通入乙醇，停止对镍箔加热及关闭紫外光光源设备，待反应室冷却至室温后停止通入氮气，镍箔表面生成碳纳米壁，将其从镍箔表面刮下，便得到碳纳米壁粉末。
（2）石墨烯纳米带的制备
1.插层碳纳米壁的制备：采用不锈钢片作为集流体，将上述制备得到的碳纳米壁粉末放入集流体上，在集流体上压制成规格为75*40*7mm3（约2g）的碳纳米壁片层作为工作电极，以铅板作为对电极，Hg/Hg2SO4作为参比电极，乙酸作为电解液，将三电极放入电解池并完全浸泡在电解液中，在100mA/cm2的电流密度、室温下进行反应2小时，然后将反应后的电解液进行过滤，将得到的滤渣用去离子水清洗后置于真空干燥箱中于60℃干燥18小时后可得到纯净、干燥的插层碳纳米壁；
2.向设置有微波等离子体设备的反应炉里通入氮气，使反应炉处于氮气保护气氛中，然后开启微波等离子体设备，调整功率为550W，使反应炉中产生等离子体，然后加入干燥好的插层碳纳米壁，保持500s后关闭微波等离子体设备，冷却至室温，便得到石墨烯纳米带。
实施例11
（1）碳纳米壁粉末的制备
1.采用钴箔作为衬底，将钴箔放入浓度为0.05mol/L的稀盐酸溶液中刻蚀1分钟，刻蚀好后用去离子水、乙醇、丙酮进行清洗并干燥；
2.排除反应室中的空气并通入氩气，将清洗干燥后的钴箔放入通有氩气的反应室中，并将钴箔加热至900℃并保温，然后开启紫外光光源设备，令紫外光照射在钴箔表面，紫外光的波长为220nm，接着通入甲烷100sccm，甲烷与氩气的体积比为10:1，保持30分钟；
3.反应完成后，停止通入甲烷，停止对钴箔加热及关闭紫外光光源设备，待反应室冷却至室温后停止通入氩气，钴箔表面生成碳纳米壁，将其从钴箔表面刮下，便得到碳纳米壁粉末。
（2）石墨烯纳米带的制备
1.插层碳纳米壁的制备：采用不锈钢片作为集流体，将上述制备得到的碳纳米壁粉末放入集流体上，在集流体上压制成规格为75*40*7mm3（约2g）的碳纳米壁片层作为工作电极，以铅板作为对电极，Hg/Hg2SO4作为参比电极，硝基甲烷作为电解液，将三电极放入电解池并完全浸泡在电解液中，在50mA/cm2的电流密度、室温下进行反应1小时，然后将反应后的电解液进行过滤，将得到的滤渣用去离子水清洗后置于真空干燥箱中于80℃干燥20小时后可得到纯净、干燥的插层碳纳米壁；
2.向设置有微波等离子体设备的反应炉里通入氩气，使反应炉处于氩气保护气氛中，然后开启微波等离子体设备，调整功率为500W，使反应炉中产生等离子体，然后加入干燥好的插层碳纳米壁，保持1000s后关闭微波等离子体设备，冷却至室温，便得到石墨烯纳米带。
实施例1~11制备碳纳米壁及石墨烯纳米带的各个参数见表1。
表1为实施例1~11制备碳纳米壁及石墨烯纳米带的各个参数
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种碳纳米壁粉末的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
使用稀酸溶液对金属衬底进行刻蚀；
在无氧和第一保护气体的氛围下，将所述金属衬底加热至600℃～900℃；
在紫外光的照射下，向所述金属衬底表面通入甲烷、乙烷、丙烷、乙炔及乙醇中的一种，经过光催化化学气相沉积反应30分钟～300分钟，在所述金属衬底表面生成碳纳米壁；及
反应完成后，在所述第一保护气体的氛围下将附有碳纳米壁的金属衬底冷却至室温，然后将所述碳纳米壁从所述金属衬底的表面刮下，得到碳纳米壁粉末。
2.根据权利要求1所述的碳纳米壁粉末的制备方法，其特征在于，所述使用稀酸溶液对金属衬底进行刻蚀的步骤具体为：将所述金属衬底放入浓度为0.01mol/L～1mol/L的稀酸溶液中刻蚀0.5分钟～10分钟。
3.根据权利要求2所述的碳纳米壁粉末的制备方法，其特征在于，所述使用稀酸溶液对金属衬底进行刻蚀步骤具体为：将所述金属衬底放入浓度为0.1mol/L～0.5mol/L的稀酸溶液中刻蚀1分钟～3分钟。
4.根据权利要求1所述的碳纳米壁粉末的制备方法，其特征在于，所述紫外光的波长为200～400nm。
5.根据权利要求1所述的碳纳米壁粉末的制备方法，其特征在于，所述金属衬底选自铁箔、镍箔及钴箔中的一种。
6.根据权利要求1所述的碳纳米壁粉末的制备方法，其特征在于，所述甲烷、乙烷、丙烷、乙炔及乙醇中的一种的流量为10sccm～1000sccm。
7.根据权利要求1所述的碳纳米壁粉末的制备方法，其特征在于，所述甲烷、乙烷、丙烷、乙炔及乙醇中的一种与所述第一保护气体的体积比为2～10:1。
8.一种石墨烯纳米带的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
根据权利要求1所述的碳纳米壁粉末的制备方法制备得到碳纳米壁粉末；
将所述碳纳米壁粉末放置于集流体上并压制成碳纳米壁片层得到工作电极；
将对电极、参比电极及所述工作电极共同浸泡于电解液中，在5mA/cm2～100mA/cm2的电流密度、室温下反应1小时～20小时后，将反应后的电解液进行过滤、洗涤滤渣并干燥得到插层碳纳米壁，所述电解液选自甲酸、乙酸、丙酸、硝酸、硝基甲烷中的至少一种；及
将所述插层碳纳米壁在第二保护气体氛围及500W～1000W的等离子体氛围中处理10秒～600秒，得到石墨烯纳米带。
9.根据权利要求8所述的石墨烯纳米带的制备方法，其特征在于，所述干燥的条件为于60℃～80℃下真空干燥12小时～24小时。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210558251.2A CN103879995B (zh) | 2012-12-20 | 2012-12-20 | 碳纳米壁粉末的制备方法及石墨烯纳米带的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210558251.2A CN103879995B (zh) | 2012-12-20 | 2012-12-20 | 碳纳米壁粉末的制备方法及石墨烯纳米带的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103879995A CN103879995A (zh) | 2014-06-25 |
| CN103879995B true CN103879995B (zh) | 2016-01-13 |
Family
ID=50949173
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201210558251.2A Active CN103879995B (zh) | 2012-12-20 | 2012-12-20 | 碳纳米壁粉末的制备方法及石墨烯纳米带的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103879995B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109950544A (zh) * | 2017-12-21 | 2019-06-28 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种利用等离子体辅助化学气相沉积制备石墨烯修饰集流体及其制备方法 |
| CN108684084B (zh) * | 2018-03-30 | 2021-04-23 | 重庆墨希科技有限公司 | 石墨烯加热膜的制备工艺 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1277145A (zh) * | 1999-06-11 | 2000-12-20 | 李铁真 | 利用热cvd法在大尺寸基片上大规模合成垂直排列的高纯碳纳米管的方法 |
| WO2012035551A1 (en) * | 2010-09-14 | 2012-03-22 | Council Of Scientific & Industrial Research | Electrochemical process for synthesis of graphene |
| CN102530846A (zh) * | 2012-02-14 | 2012-07-04 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 带有尖端的金属纳米带阵列的制备方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04193953A (ja) * | 1990-11-27 | 1992-07-14 | Shimadzu Corp | 硬質カーボン膜の形成方法及び形成装置 |
-
2012
- 2012-12-20 CN CN201210558251.2A patent/CN103879995B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1277145A (zh) * | 1999-06-11 | 2000-12-20 | 李铁真 | 利用热cvd法在大尺寸基片上大规模合成垂直排列的高纯碳纳米管的方法 |
| WO2012035551A1 (en) * | 2010-09-14 | 2012-03-22 | Council Of Scientific & Industrial Research | Electrochemical process for synthesis of graphene |
| CN102530846A (zh) * | 2012-02-14 | 2012-07-04 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 带有尖端的金属纳米带阵列的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103879995A (zh) | 2014-06-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102464313B (zh) | 石墨烯的制备方法 | |
| CN102464315A (zh) | 石墨烯的制备方法 | |
| CN103613093B (zh) | 一种用氢气还原制备石墨烯的方法 | |
| CN102464312B (zh) | 石墨烯的制备方法 | |
| CN106531287A (zh) | 一种超高纯度碳纳米管导电浆料及其制备方法 | |
| CN103935982B (zh) | 石墨烯纳米带的制备方法 | |
| CN103112850B (zh) | 一种催化氧化多次插层制备高质量石墨烯的方法 | |
| CN107686108B (zh) | 介质阻挡放电等离子体制备还原氧化石墨烯的方法 | |
| CN102424382B (zh) | 一种常压低温条件下制备高比表面积石墨烯的方法 | |
| CN103879995B (zh) | 碳纳米壁粉末的制备方法及石墨烯纳米带的制备方法 | |
| CN102709399A (zh) | 一种高效纳米天线太阳能电池的制作方法 | |
| US20200102227A1 (en) | Nanoporous copper supported copper oxide nanosheet array composites and method thereof | |
| CN103101907B (zh) | 石墨烯、石墨烯制备方法及应用 | |
| CN103359713A (zh) | 一种石墨烯的制备方法 | |
| CN103879988A (zh) | 硼掺杂石墨烯纳米带的制备方法 | |
| Ning et al. | High-quality graphene grown directly on stainless steel meshes through CVD process for enhanced current collectors of supercapacitors | |
| CN103879991B (zh) | 石墨烯纳米带的制备方法 | |
| CN103879993B (zh) | 石墨烯纳米带的制备方法 | |
| CN103879989B (zh) | 氮掺杂石墨烯纳米带的制备方法 | |
| CN103879994B (zh) | 石墨烯纳米带的制备方法 | |
| Zhang et al. | The way towards for ultraflat and superclean graphene | |
| CN103879992B (zh) | 石墨烯纳米带的制备方法 | |
| CN103879987B (zh) | 石墨烯纳米带的制备方法 | |
| CN103935975B (zh) | 碳纳米壁及石墨烯纳米带的制备方法 | |
| CN103101906B (zh) | 石墨烯、石墨烯制备方法和应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |