CN107285295A - 一种具有层次孔高石墨化程度碳纳米球的制备方法 - Google Patents

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张永毅
冯智富
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Abstract

本发明公开了一种具有层次孔高石墨化程度碳纳米球的制备方法，包括以下步骤：（1）将葡萄糖等生物质材料、镍盐或者钴盐、阴离子表面活性剂在蒸馏水中搅拌混匀后，置入水热反应釜中，加热恒温一定时间；（2）将得到的上述无定型碳材料置入氮气保护的加热炉中，加热保温一定时间；（3）将上述得到的碳材料用稀酸清洗，最后用蒸馏水清洗烘干，得到成品。本发明制得的碳球成本低廉易得，并且碳球直径可调，孔隙度高，微孔数量孔径可调，石墨化程度高，导电性好。

Description

一种具有层次孔高石墨化程度碳纳米球的制备方法
技术领域
本发明涉及一种碳纳米球的制备方法，具体为一种具有层次孔高石墨化程度碳纳米球的制备方法。
背景技术
当下的碳电极材料大部分是石墨和活性炭，虽然石墨的导电性好，但是孔隙度低，吸附效率低；活性炭虽然孔隙度高，但是由于是无定型碳材料，所以导电性比较差，而且活性炭的孔大部分属于微孔，在有机电解液中，电解质分子比较大，活性炭的孔隙不能充分被利用。
碳球具有直径可调，制备简单的优点。但是碳球用作电极材料时，能被利用的孔隙仅在碳球的外表面，碳球内表面的空间结构不能充分地被利用；即便是在催化反应中，碳球作为纳米金属氧化物载体时，碳球结构上能被利用的也只有碳球的表面，这必然导致了碳球的浪费，比如Haoyong Yin等人发表在2016年Sensors and Actuators B 222期的第1018-1023页的论文中，用碳球作为Cu/Cu2O的载体，但是碳球的内部结构并没有充分地被利用；Linjing Yang 等人发表在2016年的Nano Energy 22期的第490-498页的论文中，他们用碳球作为MoS2的载体用在氢气催化反应中，碳球的内部结构并没有充分利用。制备碳纳米球成本最低的方法是水热方法，但是水热制备的碳纳米球石墨化程度低，导电性差。为了提高水热碳球的石墨化程度，需要在2000°C左右的温度下进行石墨化，这样石墨化碳球的制备成本太高。
发明内容
针对现有以上技术问题，本发明提供了一种具有层次孔高石墨化程度碳纳米球的制备方法，制得的碳球成本低廉易得，并且碳球直径可调，孔隙度高，微孔数量孔径可调，石墨化程度高，导电性好。
为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：一种具有层次孔高石墨化程度碳纳米球的制备方法，其特征在于方法步骤如下：
（1）以葡萄糖等生物质材料为原料、以镍盐或者钴盐为造孔剂和石墨化催化剂；
（2）取葡萄糖或者淀粉100份、硝酸镍或者硝酸钴100份-1000份、阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠或者十二烷基硫酸钠10份-15份，置入400-4000份水，超声搅拌至分散均匀；
（3）然后将上述分散液置入水热反应釜中，在180°C-250°C之间反应5h-10h；
（4）将水热反应后的无定型碳球用酒精、蒸馏水重复清洗，烘干；
（5）将烘干的无定型碳材料置入加热炉中，在氮气保护气氛中，用800°C-1100°C热处理3小时；
（6）将上述样品用3.0M的酸在60度水浴中清洗，最后用蒸馏水清洗，然后烘干。
本发明中所述生物质材料为葡萄糖、淀粉、葡萄糖酸镍、葡萄糖酸钴。
本发明中所述镍盐或者钴盐具体为硝酸镍、硝酸钴、氯化镍、氯化钴、硫酸镍、硫化钴。
本发明具有以下优点：（1）原料多是生物质材料，比如葡萄糖、淀粉等，来源丰富，成本低廉。（2）本发明采用水热法制备，反应过程绿色环保，制备方法简单。（3）本发明制得的碳球直径可调，通过调控原料的加入比例和反应温度控制碳球直径的大小。（4）本发明中用镍盐或者钴盐同时作为石墨化催化剂和造孔剂，工序简单。（5）本发明由于镍盐和钴盐的存在，导致石墨化处理温度低，耗能减少。（6）本发明通过调控镍盐或者钴盐含量的变化，可以控制碳球的石墨化程度，导电率和孔隙大小。
附图说明
图1为本发明制得的生物碳球的外观图。
图2为本发明在700°C、800°C、900°C的热处理温度下碳球的XRD图（表征碳球的石墨化程度）。
图3为本发明不同镍盐或者钴盐含量得到的碳球的XRD图（表征碳球的石墨化程度）。
具体实施方式
实施例一：
一种具有层次孔高石墨化程度碳纳米球的制备方法，其特征在于方法步骤如下：
（1）以葡萄糖等生物质材料为原料、以镍盐或者钴盐为造孔剂和石墨化催化剂；
（2）取葡萄糖或者淀粉2g、硝酸镍或者硝酸钴4g、阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠或者十二烷基硫酸钠0.1g，置入30g水，超声搅拌至分散均匀；
（3）然后将上述分散液置入水热反应釜中，在220°C之间反应8h；
（4）将水热反应后的无定型碳球用酒精、蒸馏水重复清洗，烘干；
（5）将烘干的无定型碳材料置入加热炉中，在氮气保护气氛中，用900°C热处理3小时；
（6）将上述样品用3.0M的酸在60°C水浴中清洗，最后用蒸馏水清洗，然后烘干。
（7）最终得到的碳球表面有明显的少量的孔，碳球表面非常光滑，结晶度较高。
实施例二：
一种具有层次孔高石墨化程度碳纳米球的制备方法，其特征在于方法步骤如下：
（1）以葡萄糖等生物质材料为原料、以镍盐或者钴盐为造孔剂和石墨化催化剂；
（2）取葡萄糖或者淀粉2g、硝酸镍或者硝酸钴6g、阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠或者十二烷基硫酸钠0.1g，置入30g水，超声搅拌至分散均匀；
（3）然后将上述分散液置入水热反应釜中，在220°C之间反应8h；
（4）将水热反应后的无定型碳球用酒精、蒸馏水重复清洗，烘干；
（5）将烘干的无定型碳材料置入加热炉中，在氮气保护气氛中，用900°C热处理3小时；
（6）将上述样品用3.0M的酸在60度水浴中清洗，最后用蒸馏水清洗，然后烘干。
（7）最终得到的碳球表面有明显的较多的孔，碳球表面非常光滑，结晶度进一步提高。
实施例三：
一种具有层次孔高石墨化程度碳纳米球的制备方法，其特征在于方法步骤如下：
（1）以葡萄糖等生物质材料为原料、以镍盐或者钴盐为造孔剂和石墨化催化剂；
（2）取葡萄糖或者淀粉2g、硝酸镍或者硝酸钴8g、阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠或者十二烷基硫酸钠0.1g，置入30g水，超声搅拌至分散均匀；
（3）然后将上述分散液置入水热反应釜中，在220°C之间反应8h；
（4）将水热反应后的无定型碳球用酒精、蒸馏水重复清洗，烘干；
（5）将烘干的无定型碳材料置入加热炉中，在氮气保护气氛中，用900°C热处理3小时；
（6）将上述样品用3.0M的酸在60度水浴中清洗，最后用蒸馏水清洗，然后烘干。
（7）最终得到的碳球表面有明显的非常多的孔，碳球表面非常光滑，结晶度进一步提高。

Claims (3)

1.一种具有层次孔高石墨化程度碳纳米球的制备方法，其特征在于方法步骤如下：
（1）以葡萄糖等生物质材料为原料、以镍盐或者钴盐为造孔剂和石墨化催化剂；
（2）取葡萄糖或者淀粉100份、硝酸镍或者硝酸钴100份-1000份、阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠或者十二烷基硫酸钠1份-3份，置入400-4000份水，超声搅拌至分散均匀；
（3）然后将上述分散液置入水热反应釜中，在180°C-250°C之间反应5h-10h；
（4）将水热反应后的无定型碳球用酒精、蒸馏水重复清洗，烘干；
（5）将烘干的无定型碳材料置入加热炉中，在氮气保护气氛中，用800°C-1100°C热处理3小时；
（6）将上述样品用3.0M的酸在60度水浴中清洗，最后用蒸馏水清洗，然后烘干。
2.根据权利要求1所述的一种具有层次孔高石墨化程度碳纳米球的制备方法，其特征在于：所述生物质材料为葡萄糖、淀粉、葡萄糖酸镍、葡萄糖酸钴。
3.根据权利要求1所述的一种具有层次孔高石墨化程度碳纳米球的制备方法，其特征在于：所述镍盐或者钴盐具体为硝酸镍、硝酸钴、氯化镍、氯化钴、硫酸镍、硫化钴。
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