[发明专利]制备基于核-壳石墨烯/聚丙烯腈的碳纳米球的方法

说明书

本发明公开了一种制备碳核‑石墨烯壳材料的方法。该方法可以包括获得包含分散在液体介质中的接枝氧化石墨烯材料和可聚合的碳材料的分散体，使分散体中可聚合的碳材料聚合以获得分散在液体介质中的涂覆接枝氧化石墨烯的经聚合的碳材料，从分散体蒸发液体介质，加热涂覆接枝氧化石墨烯的经聚合的碳材料以获得碳核‑石墨烯壳材料。

技术领域

本发明一般涉及制备碳核-石墨烯壳材料的方法。具体地，本方法涉及使可聚合的碳材料在氧化石墨烯的存在下聚合以获得涂覆氧化石墨烯的经聚合的碳材料。可以加热涂覆氧化石墨烯的经聚合的碳材料以获得碳核-石墨烯壳材料。

背景技术

由于基于聚丙烯腈(PAN)的碳纳米球的纳米结构级、高含氮基团、轻重量、抗腐蚀性和高热稳定性，其已被广泛地应用于如吸附、催化剂载体、涂料和能量储存领域中。例如，Li等人的中国专利公开第101983918号描述了通过将聚丙烯腈的二甲基亚砜(DMSO)溶液逐滴滴定到固化溶液中，然后空气氧化和碳化来制备毫米级的基于PAN的碳球。由此获得的碳球具有较差的球度，缓慢的滴定速率限制了商业级生产。在另一个实例中，Yang等人的中国专利公开第101219784号描述了通过无皂乳液聚合、预氧化和碳化合成基于PAN的碳纳米球，其粒度为230nm至250nm。该方法由于-CN键的交联而遭遇了碳纳米球的团聚。在又一个实例中，Yang等人(Carbon 2008,46,1816–1818)制备了粒度为约50nm的基于PAN的碳纳米球，然后用磷酸钛涂覆纳米球以促进基于PAN的碳纳米球的单分散性。

尽管已知获得碳纳米球的各种方法，这些方法可以是复杂的或对于商业生产是低效的。

发明内容

发现了为与制备单分散的碳纳米球相关的前述问题提供的解决方案。该方法在于一种简洁的方法，其利用可聚合碳材料在氧化石墨烯存在下的聚合以形成分散在液体介质中的涂覆氧化石墨烯的经聚合的碳材料。可以将液体介质移除，可以加热涂覆氧化石墨烯的经聚合的碳材料以使碳材料碳化并形成单分散的碳核-石墨烯壳材料。在优选的实施方案中，碳核-石墨烯壳材料是具有高电导率和高比表面积的基于PAN的碳/石墨烯。不希望受理论束缚，认为由于氧化石墨烯壳使纳米球的团聚减少，其分离了经聚合的碳材料(例如PAN)纳米球。在加热制备碳核期间，氧化石墨烯可以被热还原为石墨烯以提供高电导率。