[发明专利]银耳结构的C/Co杂化材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用水热法制备的碳材料及其制备方法，尤其是一种采用水热法制备的C／Co杂化材料及其制备方法。 

背景技术

碳材料以其多种多样的形貌结构和以优良的储能、吸附、负载、催化等性能，吸引广泛的的关注和研究，已被成功应用于环保、化工、航天、生物医学等诸多领域。碳材料的结构、维度、形貌、尺寸等因素对其性能有着重要影响，针对具有特定形貌和结构特征的碳基材料的可控制备引起了科学家们的广泛兴趣，发展可控合成技术以获得碳纳米材料的有序结构体系，可望在新技术领域如纳米器件、能源储存、分离技术等领域实现广泛应用。 

早期关于碳材料的可控制备报道多采用化学气相沉积法制备，虽然报道称已实现通过控制反应时间、进料时间及进料速率达到不同尺寸碳微球的制备，但是制备过程多涉及高温热解，反应不易控制，对反应设备要求也很高，因此不宜用于工业化生产。此外，表面活性剂被频繁用于碳材料的可控制备，有报道通过添加表面活性剂，成功制备出空心碳球、多孔碳膜、碳胶囊等。但是通过此法达到碳材料的可控通常需要多种活性剂同时使用，调控繁琐。近年来，水热法被认为是实现碳材料可控制备的有效途径，其反应条件温和可控，对设备要求低，可实现工业化生产。Rezan等以葡萄糖为碳源，采用水热法，在丙烯酸存在条件下，制备得到带有表面含丰富羟基功能基团的碳球，但碳球粒径不均匀，结构不够规整。 

发明内容

本发明的目的是提供一种“银耳”结构的C／Co杂化材料及其制备方法，该方法在水热条件下进行，反应温和，条件可控，制备的“碳银耳”材料形貌规整，尺寸均一。 

本发明的“银耳”结构的C／Co杂化材料，以糠醛做为前驱物， 以钴类化合物做为掺杂相，采用水热法制备而成，其中糠醛与Co的摩尔比为2:1～12：1。 

本发明按照如下步骤制备上述具有“银耳”结构的C／Co杂化材料： 

(一)混合体系的水热炭化： 

1、称取钴类化合物于三口瓶，加入蒸馏水，开启搅拌器，使体系分散均匀；所述钴类化合物为乙酰丙酮钴，草酸钴、硝酸钴、氯化钴、硫酸钴中的一种或几种的混合物； 

2、按糠醛与Co的摩尔比为2:1～12：1的比例称取糠醛，加入蒸馏水，震荡分散，移至步骤1中三口瓶，继续搅拌10～30分钟； 

3、停止搅拌，将上述体系移至反应釜聚四氟乙烯内胆中； 

4、将反应釜放入设定温度为110～200°C的烘箱，反应4～24h后取出，冷却至室温； 

(二)反应产物的分离干燥 

1、将水热炭化后所得产物离心分离，倒掉上层清液，留下层沉淀物； 

2、依次用蒸馏水和无水乙醇作为洗涤溶剂，按上步离心分离操作各重复三至五次； 

3、将分离后所得沉淀物放入35～60℃烘箱中5～12h，冷却至室温，即得到“碳银耳”材料。 

糠醛是一种生物质衍生物，不仅来源广泛，而且具有较高的反应活性。以其做为前驱物来制备碳材料，可望在生成的碳基材料表面富集官能团，从而能够保证产物表面的如O-H和C=C键等大量官能团联结到碳化骨架上，进而实现功能性碳材料的制备。同时，“碳银耳”在水热条件下进行，反应温和，条件可控，这也实现了碳基材料的可控制备。 

采用本发明公开的方法，成功制备了形貌规整，尺寸均一的“银耳”结构碳材料。“碳银耳”表面的银耳片层结构使碳颗粒拥有大小相当的微孔结构，增大了材料的比表面积，此外“碳银耳”颗粒表面的-OH、C=C等活性官能团也提高了其表面活性，这都使得“碳银耳” 在纳米器件、能源储存、分离技术、环境保护等领域得到广泛应用。在制备“碳银耳”的过程中，可通过调节反应物浓度、反应温度、反应时间来控制产物的粒径及形貌结构，实现了“碳银耳”的可控制备。 

附图说明

图1为F：Co=6：1、180℃、16h条件下制备的“碳银耳”的分散液实物图； 

图2为F：Co=6：1、180℃、16h条件下制备的“碳银耳”的EDS元素分布图； 

图3为F：Co=6：1、180℃、16h条件下制备的“碳银耳”的低倍(500倍)SEM图像； 

图4为F：Co=6：1、180℃、16h条件下制备的“碳银耳”的较高倍(15000倍)SEM图像； 

图5为F：Co=6：1、180℃、16h条件下制备的单个“碳银耳”粒子的SEM图像； 

图6为F：Co=6：1、180℃、16h条件下制备的“碳银耳”粒子的粒径分布图； 

图7为“碳银耳”粒子的Raman分析谱图；