[发明专利]一种碳材料的制备方法

权利要求书

1.一种碳材料的制备方法，其特征在于所述的碳材料的制备方法即以过渡金属离子作为催化剂，以有机溶剂为碳源，通过电化学反应得到碳材料，其制备过程具体包括以下步骤：

（1）、阴极基底的前处理

取金属箔作为沉积基底，使用除油液超声30min后放在氮气氛围下的马弗炉中控制温度为600℃，退火处理4-6h后，自然冷却至室温，将退火处理后的金属箔进行电化学抛光；

所述的金属箔为铜箔、铝箔或不锈钢箔；

（2）、有机电解液的制备

将过渡金属离子盐溶解于有机溶剂中，得到浓度为0.1-500mmol/L的过渡金属离子盐溶液；

所述的过渡金属离子盐为Mn²⁺、Fe³⁺、Co²⁺或Ni²⁺的硝酸盐，所述的有机溶剂为沸点150-300℃的极性溶剂；

所述的极性溶剂为吡咯、吡啶、吡咯烷酮系列、吡咯同系物、吡咯同系物中的一种或两种以上组成的混合溶剂；

所述的吡咯烷酮系列为1-甲基-2-吡咯烷酮、1-乙基-2-吡咯烷酮、2-吡咯烷酮、N-乙烯基吡咯烷酮或聚乙烯基吡咯烷酮； 

所述的吡啶同系物为α-甲基吡啶、β-甲基吡啶、γ-甲基吡啶、2，6-二甲基吡啶或2，5-二甲基吡啶；

所述的吡咯同系物为N-苯基吡咯烷、N-甲基-3-吡咯烷醇或1-乙基-2-氨甲基四氢吡咯；

（3）、电化学合成碳材料

以铂或不锈钢作为阳极，以步骤（1）中电化学抛光后的金属箔作为阴极，以步骤（2）所得的过渡金属离子盐溶液为电解液，在温度为40-60℃的水浴中，磁力条件下控制搅拌转速为60-100r/min进行电化学反应10-20min后，在阴极材料金属箔的表面得到一层碳材料；

所述的电化学反应过程控制阴、阳极片之间的间距为1-5mm，外加电压为200-400V；

（4）、将步骤（3）所得的阴极材料金属箔的表面用稀盐酸水溶液直接溶解，再依次用同样浓度的稀盐酸水溶液、乙醇分别离心洗涤三遍后，置于80℃烘箱干燥12h，即得碳材料。

2.如权利要求1所述碳材料的制备方法，其特征在于步骤（1）中所述的金属箔进行电化学抛光，当金属箔采用铜箔时，其电化学的抛光过程如下：

用金属箔作为阳极，铅板作为阴极，电解液为由磷酸和水按体积比计算，即H₃PO₄：H₂O为7：3组成的混合液，在温度为30-40℃的水浴中，恒定电压为2.2-2.6V下，抛光5-10min后，先后用去离子水和乙醇将表面冲洗干净，最后用氮气吹干，即得经电化学抛光的铜箔；

当金属箔采用铝箔时，其电化学抛光过程如下：

用铝箔作为阳极，铅板作为阴极，电解液为由磷酸、硫酸、乙二醇和水按体积比计算，即H₂O：H₃PO₄：H₂SO₄：乙二醇为60：30：8：2组成的混合液，在温度为85-90℃的水浴中，保持阳极电流密度为20-30A/dm²,抛光5-10min后，先后用去离子水和乙醇将表面冲洗干净，最后用氮气吹干，即得经电化学抛光的铝箔；

当金属箔采用不锈钢箔时，其电化学抛光过程如下：

用不锈钢箔作为阳极，铅板作为阴极，电解液为由磷酸、硫酸和水按体积比计算，即H₃PO₄：H₂SO₄：H₂O为5：3：2组成的混合液，在温度为50-60℃的水浴中，保持阳极电流密度为20-100A/dm²,抛光5-10min后，先后用去离子水和乙醇将表面冲洗干净，最后用氮气吹干，即得经电化学抛光的不锈钢箔。

3.如权利要求2所述碳材料的制备方法，其特征在于步骤（1）中所述的电化学抛光过程中，控制温度为40℃，电压为2.2V，抛光5min。

4.如权利要求1所述碳材料的制备方法，其特征在于步骤（2）中所述的过渡金属离子盐溶液的浓度为0.1-500mmol/L；

所述的极性溶剂为1-甲基-2-吡咯烷酮、吡咯或1-甲基-2-吡咯烷酮和吡咯组成的混合溶剂；

所述的过渡金属离子盐为Mn²⁺或Fe³⁺的硝酸盐。