[发明专利]一种三维碳纳米材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种三维碳纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)制备催化剂前驱体，所述催化剂前驱体为氧化铁纳米棒或镍铜草酸纳米纤维；

(2)催化剂前驱体向支撑基体上的转移：支撑基体首先在空气中300～500℃热活化6～48h进行预处理；通过浸渍法将催化剂前驱体，即氧化铁纳米棒或镍铜草酸纳米纤维沉积在支撑基体上；

(3)三维碳纳米材料的合成：把步骤(2)获得的支撑基体转移到石英管反应器中，通过甲烷的热催化分解制备支撑的石墨烯纳米片或支撑的碳纳米纤维。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述的碳纳米材料为富勒烯、碳纳米管、碳纳米纤维和石墨烯片中的一种或两种以上。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳纳米材料的长度为50nm-50um。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述支撑基体为活性碳、石墨毡、氧化铝、碳化硅和金属纤维的一种或两种以上。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的方法，其特征在于，所述镍铜草酸纳米纤维的制备：按化学计量比取硝酸镍六水合物和三水合镍铜分别溶于乙醇中，配成溶液A和溶液B，然后将溶液B在磁力搅拌下滴定在溶液A中；最后得到的悬浮液转移到高压釜中，100～200℃保存12～48h，最后得到的产物用去离子水冲洗干净，干燥即可；

所述氧化铁纳米棒的制备：按化学计量比取硝酸铁和氢氧化钠分别溶于乙醇中，配成溶液A和溶液B，然后将溶液B在磁力搅拌下滴定在溶液A中；最后得到的悬浮液转移到高压釜中，100～200℃保存12～48h，最后得到的产物用去离子水冲洗干净，干燥后在空气中煅烧4～8h即可。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(2)将催化剂前驱体沉积在支撑基体上的具体步骤为：将草酸镍铜通过交替的超声分散到乙醇中，形成分散悬浮液，将预处理后的支撑基体浸渍在所得悬浮液中15min，然后取出支撑基体转移至烘箱干燥，这种浸渍-干燥过程重复一遍以上。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(3)三维碳纳米材料合成的具体步骤为：在石英管反应器中，以甲烷为还原气体，以5℃/min的升温速度升至650℃，在650℃下发生原位还原反应，控制反应的时间为30-120min。

8.权利要求1～7任一项所述方法制备的三维碳纳米材料。

9.权利要求7所述的三维碳纳米材料的应用，其特征在于，该碳纳米材料用于去除水中的污染物或作为电池电极材料。

10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述污染物为铅、镉、砷、刚果红染料或甲基橙；所述电池为液流电池、染料电池或锂电池。