[发明专利]一种类石墨烯结构的导电碳材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于层状导电碳材料制备技术领域，涉及一种类石墨烯结构的导电碳材料的制备方法。

背景技术

海泡石是一种具有层链状结构的含水富镁硅酸盐矿物，在链状结构中含有层状结构的小单元，属2：1型，外观一般呈块状、土状或纤维状集合体，颜色通常呈白色、浅灰、浅黄等，不透明也没有光泽。海泡石的结构特征为斜方晶系或单斜晶系，其标准晶体化学式为Mg₈(H₂O)₄[Si₆O₁₆]₂(OH)₄·8H₂O，其中SiO₂含量在54%-60%之间，MgO含量在21%-25%范围内，硬度2-3，体质轻，密度1-2.5g/cm³，触感光滑和粘舌，干燥状态下性脆，收缩率低，可塑性好。因为具有较大的比表面积，约300m²/g，因而表现出较强的吸收水和有机分子的能力，可吸收大于自身重量150%的水，耐高温性可达1500℃-1700℃，造型性、绝缘性、抗盐度都非常好；海泡石还具有脱色、隔热、绝缘、抗腐蚀、抗辐射及热稳定等性能。由于海泡石矿产丰富，具有优良的吸附功能和层状结构，被广泛应用于石油、化工、能源环境等领域，具备储备量大价格低、处理成本低、效果好、二次污染小和可重复使用等优点。

在我国海泡石是上世纪80年代初才被发现的，现已探明的海泡石储量在1000万吨以上，随后对这一新兴矿种进行了有计划地研究开发，取得了明显成效，但高附加值产品的开发利用仍显不足。在海泡石的巨大纳米孔中主要存在8个沸石水和4个结构水，最易排除的是沸石水，而结构水一般分两步排除，排除温度一般在200℃-350℃和350℃-500℃。海泡石的纤维结构是由硅氧四面体和镁氧八面体组成的，这种连接方式很特殊，由此决定了沿纤维长方向存在着定向孔道且表面多沟槽，借助海泡石的层状结构和孔道可以制得具有特殊功能的有机-无机杂化材料。

发明内容

本发明提供了一种类石墨烯结构的导电碳材料的制备方法，解决了现有技术对海泡石的层状结构和孔道性能利用开发不够的问题。

本发明采用的技术方案是，一种类石墨烯结构的导电碳材料的制备方法，按照以下步骤实施：

步骤1，按照质量比为1：2：4-10的比例分别称取海泡石粉末、蔗糖和去离子水，将海泡石粉末、蔗糖与去离子水混合均匀，然后超声分散，再微波加热，在质量分数为98.3%的浓硫酸干燥器中放置24-144h；在该步骤中，蔗糖经微波加热转化为焦糖；

步骤2，在保护性气体气氛中进行碳化，焦糖在海泡石层状骨架上碳化；

步骤3，将碳化后的海泡石采用氢氟酸、盐酸交替酸化洗涤，再采用去离子水洗净海泡石并充分干燥，得到类石墨烯结构的导电碳材料，即成。

本发明的类石墨烯结构的导电碳材料的制备方法，其特点还在于：

所述的步骤1中，超声分散20-60min，再微波加热3-9min，微波频率为2450MHz±50MHz，工作电压为220V，功率为100W-300W。

所述的步骤2中，碳化温度为500℃-900℃，碳化时间为1-3h；保护性气体为氮气、惰性气体中的至少一种。

所述的步骤3中，氢氟酸体积浓度为10%-20%、盐酸体积浓度为10%-20%。

本发明的有益效果是：利用海泡石特殊的层链状结构，以片层作为模板，通过将吸附在海泡石层间域内的蔗糖隔绝空气碳化，蔗糖会焦糖化在矿物的表面形成均匀的纳米复合材料，即海泡石-类石墨烯结构的纳米复合材料。通过酸洗去除海泡石片层结构后，碳材料的表面裸露，成为拥有层状结构、大比表面积的碳材料，从而制得具有高比表面积的类石墨烯结构的导电碳材料，即一类新型纳米层状碳材料，所得碳材料可用作电容器材料、锂离子电池电极材料、吸附材料等。

本发明以资源丰富、廉价的矿产资源海泡石为原料，通过简单的方法制备得到具有较大比表面积的类石墨烯结构的导电碳材料（比表面积达328m²/g），利用四探针测得室温电导率为10^-2Scm^-1，可以用作电极材料，该石墨烯碳材料具有二维高比表面积的特殊结构以及其优异的电子传输能力，也可作为锂离子电池正极改性材料，能有效改善正极材料的导电性能，提高锂离子的扩散传输能力，为海泡石的高附加值开发利用提供了新途径。

附图说明

图1是本发明方法实施例1产物的Raman谱图。