[发明专利]一种炔基碳材料的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种炔基碳材料的制备方法及其应用，所述碳材料为类石墨一炔粉末，将六卤苯（C₆X₆）、碳化钙（CaC₂）和球磨珠置于真空球磨罐中，加入无水乙醇；密封球磨罐，对球磨罐抽真空或通入惰性气体；六卤苯和碳化钙的摩尔比为1:6~1:18；通过行星式球磨机以400~600转/分钟的速率球磨6~18小时；洗涤，烘干，洗涤，烘干，即得到类石墨一炔粉末。本发明制备方法简化了工艺流程。本发明涉及制备方法与现有的交叉偶联反应相比，简化了所需设备简单，适合于工业化生产。

技术领域

本发明属于碳材料领域，具体涉及一种炔基碳材料的制备方法及其应用。

背景技术

石墨炔材料是继石墨烯之后，又一种被誉为超级材料的新型碳材料，因其独特的电学性能与电化学性质，而在能源、电子、催化等领域拥有广泛的应用前景。理想的石墨炔是由若干个炔键将苯环连接，形成由sp²杂化碳原子和sp³杂化原子共轭构成的二维平面网络结构的碳材料。

2010年，中科院李玉良院士课题组通过Glaser-Hay交叉偶联反应首次合成石墨二炔（Graphdiyne型），继而引发了石墨炔研究的热潮。在此基础上，刘忠范、Sakamoto等课题组，进一步发展出了石墨炔纳米墙阵列、石墨炔纳米带等技术，推动了石墨炔的研究。目前，石墨二炔已在锂离子电池、钠离子电池、燃料电池、超级电容器等应用方面实现了优异的性能。然而，现有的通过Cu催化或高温催化的Glaser-Hay交叉偶联反应合成石墨二炔的工艺需要用到前驱体六炔基苯(hexaethynylbenzene)，该前躯体目前无法实现产业化，限制了该工艺的推广。

本发明提出一种以六卤苯和碳化钙为原料，通过机械化学法合成石墨一炔（Graphyne型）的新方法。通过行星式球磨机的机械球磨，在常温下直接得到含有石墨一炔的粉末，经过洗涤去除杂质，得到纯净石墨一炔，该石墨一炔的苯环间通过1个炔键连接。相比于已有方法，本方法简化了合成工序，且设备需求低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工序简单，设备需求低的一种炔基碳材料的制备方法及其应用。

本发明提供的一种炔基碳材料的制备方法，所述碳材料为类石墨一炔粉末，具体步骤如下：

（1）将六卤苯（C₆X₆）、碳化钙（CaC₂）和球磨珠置于真空球磨罐中，加入无水乙醇；密封球磨罐，对球磨罐抽真空或通入惰性气体；六卤苯和碳化钙的摩尔比为1:6~1:18；

（2）通过行星式球磨机以400~600转/分钟的速率球磨6~18小时；

（3）取出步骤（2）球磨完成的样品，用去离子水洗涤去除未反应的碳化钙；

（4）将步骤（3）得到的产品以40~90℃烘干，并研磨成粉；

（5）将步骤（4）得到的产品洗涤，去除未反应的六卤苯；

（6）将步骤（5）得到的产品以40~90℃烘干，即得到石墨一炔粉末。

本发明中，六卤苯可以为六氯苯、六溴苯或六碘苯中任一种。

本发明中，球料质量比控制为20:1~100:1。

本发明中，无水乙醇的量需至少没过球磨珠。

本发明中，所述的惰性气氛为氮气（N₂）或氩气（Ar）。

利用本发明制备方法得到的石墨一炔粉末应用于光催化材料、电化学或锂离子电池负极材料。

实验表明，本发明所制备类石墨一炔材料是一种p型半导体，可将其应用于电化学领域。