CN111943185A - 一种石墨球壳片的制备方法 - Google Patents
一种石墨球壳片的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111943185A CN111943185A CN202010823867.2A CN202010823867A CN111943185A CN 111943185 A CN111943185 A CN 111943185A CN 202010823867 A CN202010823867 A CN 202010823867A CN 111943185 A CN111943185 A CN 111943185A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- glucose
- graphite
- spherical shell
- mass ratio
- deionized water
- 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.)
- Pending
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 51
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 41
- 239000010439 graphite Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 7
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims abstract description 34
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims abstract description 34
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 claims abstract description 28
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 claims abstract description 28
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 24
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 claims abstract description 15
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 34
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 31
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 31
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 26
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 claims description 18
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 16
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 15
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 14
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims description 14
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 14
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 14
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 14
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 14
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims description 9
- GVPFVAHMJGGAJG-UHFFFAOYSA-L cobalt dichloride Chemical group [Cl-].[Cl-].[Co+2] GVPFVAHMJGGAJG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N iron(3+);trinitrate Chemical compound [Fe+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 5
- 150000001868 cobalt Chemical class 0.000 claims description 4
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims description 4
- 150000002815 nickel Chemical class 0.000 claims description 4
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910021586 Nickel(II) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 3
- UFMZWBIQTDUYBN-UHFFFAOYSA-N cobalt dinitrate Chemical compound [Co+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O UFMZWBIQTDUYBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910001981 cobalt nitrate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910000361 cobalt sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229940044175 cobalt sulfate Drugs 0.000 claims description 3
- KTVIXTQDYHMGHF-UHFFFAOYSA-L cobalt(2+) sulfate Chemical compound [Co+2].[O-]S([O-])(=O)=O KTVIXTQDYHMGHF-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 229940097267 cobaltous chloride Drugs 0.000 claims description 3
- 229960002089 ferrous chloride Drugs 0.000 claims description 3
- NMCUIPGRVMDVDB-UHFFFAOYSA-L iron dichloride Chemical compound Cl[Fe]Cl NMCUIPGRVMDVDB-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 3
- RUTXIHLAWFEWGM-UHFFFAOYSA-H iron(3+) sulfate Chemical compound [Fe+3].[Fe+3].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O RUTXIHLAWFEWGM-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 3
- 229910000360 iron(III) sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L nickel dichloride Chemical group Cl[Ni]Cl QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- LGQLOGILCSXPEA-UHFFFAOYSA-L nickel sulfate Chemical compound [Ni+2].[O-]S([O-])(=O)=O LGQLOGILCSXPEA-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 229910000363 nickel(II) sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N nickel(ii) nitrate Chemical compound [Ni+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 2
- 239000012295 chemical reaction liquid Substances 0.000 claims description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims 1
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 8
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 abstract description 5
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 239000011796 hollow space material Substances 0.000 abstract description 2
- 239000007833 carbon precursor Substances 0.000 abstract 1
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 abstract 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 abstract 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 13
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 12
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 9
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 7
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 6
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 5
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 4
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 4
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 description 4
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 3
- AZQWKYJCGOJGHM-UHFFFAOYSA-N 1,4-benzoquinone Chemical compound O=C1C=CC(=O)C=C1 AZQWKYJCGOJGHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- LEQAOMBKQFMDFZ-UHFFFAOYSA-N glyoxal Chemical compound O=CC=O LEQAOMBKQFMDFZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 2
- 239000002078 nanoshell Substances 0.000 description 2
- 239000002077 nanosphere Substances 0.000 description 2
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 2
- WZCQRUWWHSTZEM-UHFFFAOYSA-N 1,3-phenylenediamine Chemical compound NC1=CC=CC(N)=C1 WZCQRUWWHSTZEM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HSTOKWSFWGCZMH-UHFFFAOYSA-N 3,3'-diaminobenzidine Chemical compound C1=C(N)C(N)=CC=C1C1=CC=C(N)C(N)=C1 HSTOKWSFWGCZMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 description 1
- 239000002262 Schiff base Substances 0.000 description 1
- 150000004753 Schiff bases Chemical class 0.000 description 1
- 238000001994 activation Methods 0.000 description 1
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 229940015043 glyoxal Drugs 0.000 description 1
- 239000007770 graphite material Substances 0.000 description 1
- 238000000024 high-resolution transmission electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 150000002505 iron Chemical class 0.000 description 1
- 229940018564 m-phenylenediamine Drugs 0.000 description 1
- JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N melamine Chemical compound NC1=NC(N)=NC(N)=N1 JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000000276 potassium ferrocyanide Substances 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- KUCOHFSKRZZVRO-UHFFFAOYSA-N terephthalaldehyde Chemical compound O=CC1=CC=C(C=O)C=C1 KUCOHFSKRZZVRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XOGGUFAVLNCTRS-UHFFFAOYSA-N tetrapotassium;iron(2+);hexacyanide Chemical compound [K+].[K+].[K+].[K+].[Fe+2].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-] XOGGUFAVLNCTRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/20—Graphite
- C01B32/205—Preparation
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种石墨球壳片的制备方法，属于材料技术领域。该方法以聚苯乙烯球为模板，葡萄糖为碳前驱体，铁（或钴、镍）为石墨化催化剂，通过微波加热除去模板并使得葡萄糖层发生部分碳化、氧化和断裂，再经高温碳化和石墨化即得到石墨球壳片。相比空心材料，本发明制得的石墨球壳片能够充分暴露空心石墨球的内外比表面积，提高活性位浓度和物料传输性能，该石墨球壳片的厚度可控制为10层左右，达到了石墨烯的范畴。
Description
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种石墨球壳片的制备方法。
背景技术
为满足可持续发展的要求，具有快速充放电、长时间循环稳定性、高效催化性能的储能和催化材料受到广泛研究。多孔碳质材料因其大的比表面积、高的孔隙率和稳定的化学性质等优点，在当今储能和催化材料市场上占据主导地位。一般碳材料的导电性和稳定性无法满足当今能源行业的发展需求，需要优化其结构以实现更好的储能及催化性能。如今，高比表面积石墨化碳是一种具有理想性能的潜在材料，能够提供丰富的活性位点和良好的传输、导电性能。
高比表面积碳和石墨的制备方法很多，例如直接碳化法、模板法和自组装法等。Song等人采用对苯醌和3,3’-二氨基联苯胺，于常温条件下在乙醇中进行聚合反应，制得多孔碳纳米球，具有超高的储能密度和出色的循环能力[J. Mater. Chem. A, 2019, 7,1177]。Xue等人采用氯化铵为催化剂，使三聚氰胺和乙二醛在水中发生聚合反应，结合传统的一步碳化/活化过程，制得N, O共掺杂的多孔碳球，具有优异的倍率性能和充放电稳定性[ACS Sustainable Chem. Eng., 2019, 7, 7024]。Yan等人通过间苯二胺和对苯二醛的席夫碱反应，得到尺寸可控的高比表面积碳纳米球[Chin. Chem. Lett., 2020, 31, 579.]。此外，具有空心结构的石墨和碳材料也被大量报道[J. Power Sources, 2010, 195,7146.]。因此，将空心材料打破，暴露其内表面，对于充分利用其表面的活性位点和改善其物料传输性能非常有意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过微波加热氧化制备破裂空心石墨球——石墨球壳片的方法。
一种石墨球壳片的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将聚苯乙烯球、葡萄糖、石墨化催化剂和去离子水混合，超声分散为均匀的乳液，倒入内衬聚四氟乙烯的高压反应釜中，放入烘箱进行水热反应；
步骤2，将步骤1的反应液冷却后过滤收集固体，干燥，置于微波炉中，在空气气氛下加热，进行碳化、氧化和分解；
步骤3，将步骤2所得产物置于管式炉中，在氮气气氛下进行高温碳化；
步骤4，将步骤3所得产物用酸溶液浸泡以除去石墨化催化剂的残余物，干燥，即得到石墨球壳片；
步骤1中聚苯乙烯球和葡萄糖的质量比为1:0.3-4，葡萄糖和石墨化催化剂的质量比为1:0.001-0.2，葡萄糖和去离子水的质量比为1:5-100；
所述石墨化催化剂为铁盐、钴盐或镍盐。
进一步地，所述铁盐选自铁氰化钾、氯化铁、氯化亚铁、硝酸铁或硫酸铁；所述钴盐选自氯化钴、氯化亚钴、硝酸钴或硫酸钴；所述镍盐选自氯化镍、硝酸镍或硫酸镍。
进一步地，所述聚苯乙烯球的直径为100纳米至2微米，优选150纳米至1微米。
进一步地，所述聚苯乙烯球和葡萄糖的质量比为1:0.5-2，葡萄糖和石墨化催化剂的质量比为1:0.01-0.1，葡萄糖和去离子水的质量比为1:10-50。
进一步地，步骤1中水热反应的温度为160-240℃，优选180-200℃；保温时间为6-24小时，优选8-16小时。
进一步地，步骤2中微波炉的加热温度为300-600℃，优选350-450℃；加热时间为30秒至4分钟，优选1-2分钟。
进一步地，步骤3中碳化温度为600-1100℃，优选800-1000℃；保温时间为30分钟-4小时，优选1-2小时。
本发明的方法首先将聚苯乙烯球、葡萄糖、石墨化催化剂和去离子水超声分散为均匀的乳液，使葡萄糖和石墨化催化剂在水热条件下，包裹在聚苯乙烯球表面；通过微波加热，聚苯乙烯球分解，葡萄糖层发生部分碳化、氧化和断裂，形成碳球壳碎片；进而在高温条件下石墨化为石墨球壳片。在微波加热过程中，较薄的碳层及石墨化催化剂含量较高的碳层容易受氧化断裂。在碳化过程中，石墨化催化剂能够在较低温度下催化葡萄糖层为石墨碳。所制得石墨球壳片的弯曲度、石墨层厚度和比表面积主要取决于聚苯乙烯球的直径、聚苯乙烯球/葡萄糖的比例、微波加热时间和石墨化催化剂的用量。
本发明与现有技术相比，具有如下特点：
1、本发明所制备的石墨球壳片，因其独特的破裂和弯曲形貌，相比普通空心球和石墨片，具有更高的比表面积和缺陷浓度，作为储能和催化材料，具有更高的容量、更多的活性位和更优的传输性能，从而具有更高的储、放能量速度和催化效率。
2、本发明所制备的石墨球壳片通过调节聚苯乙烯球/葡萄糖的比例、聚苯乙烯球的直径、微波加热时间等来控制石墨层厚度、活性位浓度和比表面积。
附图说明
图1为实施例1石墨球壳片的扫描电镜图，内嵌高分辨透射电镜图。
具体实施方式
下面结合附图通过实例对本发明做进一步的说明。
实施例1
将2.5克平均直径为150纳米的聚苯乙烯球，2.5克葡萄糖，0.3克硝酸铁和40 mL去离子水混合，超声分散为均匀的乳液，倒入容积为50 mL内衬聚四氟乙烯的高压反应釜中。将高压反应釜封口，置于烘箱中，升温至180 ℃，保温16小时。冷却后，过滤收集固体，在80 ℃干燥1小时。将干燥产物置于微波炉中，在300-400 ℃空气气氛下加热4分钟。然后，将产物置于管式炉中，在氮气气氛下，以10 ℃/min的速率升至1000 ℃，保温1小时。冷却至室温后，用1 mol L-1盐酸浸泡除铁，再用去离子水洗涤样品至中性，最后在80 ℃干燥得到厚度为3-12 nm的石墨球壳片，其比表面积为1639 m2 g-1。
如图1所示，本实施例制得的石墨球壳片具有独特的破裂和弯曲形貌，且为多层结构。
实施例2
将1克平均直径为100纳米的聚苯乙烯球，2克葡萄糖，0.2克亚铁氰化钾和20 mL去离子水混合，超声分散为均匀的乳液，倒入容积为50 mL内衬聚四氟乙烯的高压反应釜中。将高压反应釜封口，置于烘箱中，升温至160 ℃，保温24小时。冷却后，过滤收集固体，在80 ℃干燥1小时。将干燥产物置于微波炉中，在350-450 ℃空气气氛下加热3分钟。然后，将产物置于管式炉中，在氮气气氛下，以10 ℃/min的速率升至1100 ℃，保温0.5小时。冷却至室温后，用1 mol L-1盐酸浸泡除铁，再用去离子水洗涤样品至中性，最后在80 ℃干燥得到厚度约为5 nm的石墨球壳片。
实施例3
将1克平均直径为2微米的聚苯乙烯球，0.3克葡萄糖，0.06克氯化铁和30 mL去离子水混合，超声分散为均匀的乳液，倒入容积为50 mL内衬聚四氟乙烯的高压反应釜中。将高压反应釜封口，置于烘箱中，升温至200 ℃，保温8小时。冷却后，过滤收集固体，在80 ℃干燥1小时。将干燥产物置于微波炉中，在500-600 ℃空气气氛下加热30秒。然后，将产物置于管式炉中，在氮气气氛下，以10 ℃/min的速率升至600 ℃，保温4小时。冷却至室温后，用1mol L-1盐酸浸泡除铁，再用去离子水洗涤样品至中性，最后在80 ℃干燥得到厚度约为20nm的石墨球壳片。
实施例4
将1克平均直径为1微米的聚苯乙烯球，0.5克葡萄糖，0.005克氯化亚铁和25 mL去离子水混合，超声分散为均匀的乳液，倒入容积为50 mL内衬聚四氟乙烯的高压反应釜中。将高压反应釜封口，置于烘箱中，升温至240 ℃，保温6小时。冷却后，过滤收集固体，在80 ℃干燥1小时。将干燥产物置于微波炉中，在350-450 ℃空气气氛下加热3分钟。然后，将产物置于管式炉中，在氮气气氛下，以10 ℃/min的速率升至1100 ℃，保温0.5小时。冷却至室温后，用1 mol L-1盐酸浸泡除铁，再用去离子水洗涤样品至中性，最后在80 ℃干燥得到厚度约为12 nm的石墨球壳片。
实施例5
将1克平均直径为150纳米的聚苯乙烯球，4克葡萄糖，0.004克硫酸铁和20 mL去离子水混合，超声分散为均匀的乳液，倒入容积为50 mL内衬聚四氟乙烯的高压反应釜中。将高压反应釜封口，置于烘箱中，升温至180 ℃，保温12小时。冷却后，过滤收集固体，在80 ℃干燥1小时。将干燥产物置于微波炉中，在300-400 ℃空气气氛下加热1分钟。然后，将产物置于管式炉中，在氮气气氛下，以10 ℃/min的速率升至800 ℃，保温2小时。冷却至室温后，用1mol L-1盐酸浸泡除铁，再用去离子水洗涤样品至中性，最后在80 ℃干燥得到厚度为17 nm的石墨球壳片。
实施例6
将1克平均直径为150纳米的聚苯乙烯球，1克葡萄糖，0.03克氯化钴和40 mL去离子水混合，超声分散为均匀的乳液，倒入容积为50 mL内衬聚四氟乙烯的高压反应釜中。将高压反应釜封口，置于烘箱中，升温至180 ℃，保温12小时。冷却后，过滤收集固体，在80 ℃干燥1小时。将干燥产物置于微波炉中，在300-400 ℃空气气氛下加热2分钟。然后，将产物置于管式炉中，在氮气气氛下，以10 ℃/min的速率升至1100 ℃，保温0.5小时。冷却至室温后，用1 mol L-1盐酸浸泡除钴，再用去离子水洗涤样品至中性，最后在80 ℃干燥得到厚度约为7 nm的石墨球壳片。
实施例7
将1克平均直径为150纳米的聚苯乙烯球，0.5克葡萄糖，0.02克氯化亚钴和40 mL去离子水混合，超声分散为均匀的乳液，倒入容积为50 mL内衬聚四氟乙烯的高压反应釜中。将高压反应釜封口，置于烘箱中，升温至180 ℃，保温12小时。冷却后，过滤收集固体，在80 ℃干燥1小时。将干燥产物置于微波炉中，在300-400 ℃空气气氛下加热2分钟。然后，将产物置于管式炉中，在氮气气氛下，以10 ℃/min的速率升至600 ℃，保温4小时。冷却至室温后，用1 mol L-1盐酸浸泡除钴，再用去离子水洗涤样品至中性，最后在80 ℃干燥得到厚度约为3 nm的石墨球壳片。
实施例8
将1克平均直径为200纳米的聚苯乙烯球，0.5克葡萄糖，0.02克硝酸钴和40 mL去离子水混合，超声分散为均匀的乳液，倒入容积为50 mL内衬聚四氟乙烯的高压反应釜中。将高压反应釜封口，置于烘箱中，升温至160 ℃，保温24小时。冷却后，过滤收集固体，在80 ℃干燥1小时。将干燥产物置于微波炉中，在500-600 ℃空气气氛下加热30秒。然后，将产物置于管式炉中，在氮气气氛下，以10 ℃/min的速率升至1000 ℃，保温1小时。冷却至室温后，用1mol L-1盐酸浸泡除钴，再用去离子水洗涤样品至中性，最后在80 ℃干燥得到厚度约为6 nm的石墨球壳片。
实施例9
将1克平均直径为150纳米的聚苯乙烯球，1克葡萄糖，0.1克硫酸钴和40 mL去离子水混合，超声分散为均匀的乳液，倒入容积为50 mL内衬聚四氟乙烯的高压反应釜中。将高压反应釜封口，置于烘箱中，升温至180 ℃，保温20小时。冷却后，过滤收集固体，在80 ℃干燥1小时。将干燥产物置于微波炉中，在300-400 ℃空气气氛下加热3分钟。然后，将产物置于管式炉中，在氮气气氛下，以10 ℃/min的速率升至1000 ℃，保温1小时。冷却至室温后，用1mol L-1盐酸浸泡除钴，再用去离子水洗涤样品至中性，最后在80 ℃干燥得到厚度约为6 nm的石墨球壳片。
实施例10
将1克平均直径为150纳米的聚苯乙烯球，1克葡萄糖，0.1克氯化镍和40 mL去离子水混合，超声分散为均匀的乳液，倒入容积为50 mL内衬聚四氟乙烯的高压反应釜中。将高压反应釜封口，置于烘箱中，升温至180 ℃，保温14小时。冷却后，过滤收集固体，在80 ℃干燥1小时。将干燥产物置于微波炉中，在300-400 ℃空气气氛下加热2分钟。然后，将产物置于管式炉中，在氮气气氛下，以10 ℃/min的速率升至1000 ℃，保温1小时。冷却至室温后，用1mol L-1盐酸浸泡除镍，再用去离子水洗涤样品至中性，最后在80 ℃干燥得到厚度约为7 nm的石墨球壳片。
实施例11
将1克平均直径为200纳米的聚苯乙烯球，0.5克葡萄糖，0.02克硝酸镍和40 mL去离子水混合，超声分散为均匀的乳液，倒入容积为50 mL内衬聚四氟乙烯的高压反应釜中。将高压反应釜封口，置于烘箱中，升温至160 ℃，保温24小时。冷却后，过滤收集固体，在80 ℃干燥1小时。将干燥产物置于微波炉中，在500-600 ℃空气气氛下加热30秒。然后，将产物置于管式炉中，在氮气气氛下，以10 ℃/min的速率升至1000 ℃，保温1小时。冷却至室温后，用1mol L-1盐酸浸泡除镍，再用去离子水洗涤样品至中性，最后在80 ℃干燥得到厚度约为6 nm的石墨球壳片。
实施例12
将1克平均直径为200纳米的聚苯乙烯球，0.5克葡萄糖，0.02克硫酸镍和40 mL去离子水混合，超声分散为均匀的乳液，倒入容积为50 mL内衬聚四氟乙烯的高压反应釜中。将高压反应釜封口，置于烘箱中，升温至160 ℃，保温24小时。冷却后，过滤收集固体，在80 ℃干燥1小时。将干燥产物置于微波炉中，在500-600 ℃空气气氛下加热30秒。然后，将产物置于管式炉中，在氮气气氛下，以10 ℃/min的速率升至1000 ℃，保温1小时。冷却至室温后，用1mol L-1盐酸浸泡除镍，再用去离子水洗涤样品至中性，最后在80 ℃干燥得到厚度约为6 nm的石墨球壳片。
Claims (8)
1.一种石墨球壳片的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，将聚苯乙烯球、葡萄糖、石墨化催化剂和去离子水混合，超声分散为均匀的乳液，倒入内衬聚四氟乙烯的高压反应釜中，放入烘箱进行水热反应；
步骤2，将步骤1的反应液冷却后过滤收集固体，干燥，置于微波炉中，在空气气氛下加热，进行碳化、氧化和分解；
步骤3，将步骤2所得产物置于管式炉中，在氮气气氛下进行高温碳化；
步骤4，将步骤3所得产物用酸溶液浸泡以除去石墨化催化剂的残余物，干燥，即得到石墨球壳片；
步骤1中聚苯乙烯球和葡萄糖的质量比为1:0.3-4，葡萄糖和石墨化催化剂的质量比为1:0.001-0.2，葡萄糖和去离子水的质量比为1:5-100；
所述石墨化催化剂为铁盐、钴盐或镍盐。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述铁盐选自铁氰化钾、氯化铁、氯化亚铁、硝酸铁或硫酸铁；所述钴盐选自氯化钴、氯化亚钴、硝酸钴或硫酸钴；所述镍盐选自氯化镍、硝酸镍或硫酸镍。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述聚苯乙烯球的直径为100纳米至2微米。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述聚苯乙烯球和葡萄糖的质量比为1:0.5-2，葡萄糖和石墨化催化剂的质量比为1:0.01-0.1，葡萄糖和去离子水的质量比为1:10-50。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1中水热反应的温度为160-240℃，保温时间为6-24小时。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤2中微波炉的加热温度为300-600℃，加热时间为30秒至4分钟。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤3中碳化温度为600-1100℃保温时间为30分钟-4小时。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述石墨壳片的石墨层厚度为3-20nm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010823867.2A CN111943185A (zh) | 2020-08-17 | 2020-08-17 | 一种石墨球壳片的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010823867.2A CN111943185A (zh) | 2020-08-17 | 2020-08-17 | 一种石墨球壳片的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111943185A true CN111943185A (zh) | 2020-11-17 |
Family
ID=73343236
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010823867.2A Pending CN111943185A (zh) | 2020-08-17 | 2020-08-17 | 一种石墨球壳片的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111943185A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112644162A (zh) * | 2020-12-11 | 2021-04-13 | 重庆宏声印务有限责任公司 | 墨斗 |
| CN113912040A (zh) * | 2021-10-19 | 2022-01-11 | 上海交通大学 | 一种通过乳液尺寸调控单组分不对称粒子结构的方法 |
| CN115536000A (zh) * | 2022-10-14 | 2022-12-30 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种表面具有石墨包覆层的硬碳材料的制备方法及其在钠离子电池中的应用 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101759178A (zh) * | 2010-01-22 | 2010-06-30 | 中山大学 | 一种空心碳半球的制备方法 |
| CN103183341A (zh) * | 2013-04-02 | 2013-07-03 | 中国矿业大学 | 一种氮掺杂具有空心结构石墨化碳球的可控合成方法 |
| CN104973596A (zh) * | 2015-06-30 | 2015-10-14 | 华南理工大学 | 一种杂原子掺杂空心球石墨烯复合材料及制备方法与应用 |
| CN111533112A (zh) * | 2020-06-08 | 2020-08-14 | 江苏华夏制漆科技有限公司 | 一种石墨烯纳米空心球及其制备方法 |
| CN111533121A (zh) * | 2020-06-08 | 2020-08-14 | 江苏华夏制漆科技有限公司 | 一种高比表面积多孔石墨空心半球的制备方法 |
-
2020
- 2020-08-17 CN CN202010823867.2A patent/CN111943185A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101759178A (zh) * | 2010-01-22 | 2010-06-30 | 中山大学 | 一种空心碳半球的制备方法 |
| CN103183341A (zh) * | 2013-04-02 | 2013-07-03 | 中国矿业大学 | 一种氮掺杂具有空心结构石墨化碳球的可控合成方法 |
| CN104973596A (zh) * | 2015-06-30 | 2015-10-14 | 华南理工大学 | 一种杂原子掺杂空心球石墨烯复合材料及制备方法与应用 |
| CN111533112A (zh) * | 2020-06-08 | 2020-08-14 | 江苏华夏制漆科技有限公司 | 一种石墨烯纳米空心球及其制备方法 |
| CN111533121A (zh) * | 2020-06-08 | 2020-08-14 | 江苏华夏制漆科技有限公司 | 一种高比表面积多孔石墨空心半球的制备方法 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112644162A (zh) * | 2020-12-11 | 2021-04-13 | 重庆宏声印务有限责任公司 | 墨斗 |
| CN113912040A (zh) * | 2021-10-19 | 2022-01-11 | 上海交通大学 | 一种通过乳液尺寸调控单组分不对称粒子结构的方法 |
| CN115536000A (zh) * | 2022-10-14 | 2022-12-30 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种表面具有石墨包覆层的硬碳材料的制备方法及其在钠离子电池中的应用 |
| CN115536000B (zh) * | 2022-10-14 | 2024-03-15 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种表面具有石墨包覆层的硬碳材料的制备方法及其在钠离子电池中的应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111943185A (zh) | 一种石墨球壳片的制备方法 | |
| CN101456554B (zh) | 石墨化纳米碳的制备方法 | |
| CN101759178B (zh) | 一种空心碳半球的制备方法 | |
| CN109573983B (zh) | 一种过渡金属填充碳纳米管、制备方法及应用 | |
| CN110890558A (zh) | 一种负载型铂基核壳催化剂及其制备方法 | |
| CN112408364B (zh) | 一种废弃热固性塑料催化热解制备碳纳米管的方法 | |
| CN107731546B (zh) | 一种活性炭电极及其制备方法 | |
| CN109728287B (zh) | 一种一维同轴双纳米管复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN110860303B (zh) | 一种金属和金属碳化物增强的过渡金属-氮活性位碳基电催化剂制备方法及应用 | |
| CN108380227B (zh) | 一种析氢电催化材料及其制备方法 | |
| CN109599569A (zh) | 一种金属、氮共掺杂超薄炭纳米片催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN111634907A (zh) | 一种氮铁共掺杂石墨碳及其制备方法和应用 | |
| CN107572509B (zh) | 一种氮掺杂空心碳/石墨球纳米材料及其制备方法 | |
| CN112701303A (zh) | 一种碳管插层氮掺杂碳包覆钴颗粒催化剂的制备方法及其应用 | |
| CN113113584A (zh) | 一种NiFe-LDH复合C3N4@Mo2C材料的制备方法 | |
| CN108550471A (zh) | 一种碳纤维柔性电极材料及其制备方法 | |
| CN107879324B (zh) | 一种制备氮掺杂碳气凝胶的方法 | |
| CN108017047B (zh) | 一种类红毛丹型氮杂中空介孔碳球纳米材料及其制备方法 | |
| CN111533121B (zh) | 一种高比表面积多孔石墨空心半球的制备方法 | |
| CN110773212A (zh) | 一种碳化铁-多孔碳复合材料及其制备方法和应用 | |
| Suzuki et al. | Production of carbon nanoshell chains by the Co-catalyzed carbonization of wood | |
| CN114436246B (zh) | 一种生物质衍生碳微米管材料、制备方法及其应用 | |
| CN111533112B (zh) | 一种石墨烯纳米空心球及其制备方法 | |
| CN113809341B (zh) | 一种Cu-N-C氧还原催化剂及其制备方法 | |
| CN110902672B (zh) | 光热效应多级结构微球形石墨烯气凝胶及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201117 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |