[发明专利]碳纳米笼材料的制备方法

说明书

本发明属于碳纳米材料技术领域，具体涉及一种碳纳米笼材料的制备方法，本发明以糖类与碳源，以氯化钾为模版，原料廉价、无毒、无污染，二者在球磨罐中球磨混合均匀，经过球磨后，很容易将糖包裹于氯化钾表面，然后在惰性气体下进行高温碳化，去除硬模板氯化钾时不需要用到酸液或者碱液，只需用水将氯化钾溶解去除即可，整个制备过程绿色无污染，并且适合工业大规模制备。

技术领域

本发明属于碳纳米材料技术领域，具体涉及一种碳纳米笼材料的制备方法。

背景技术

碳在元素周期表中排第六位，是自然界分布广泛的元素，也是目前最重要的、最使人着迷的元素之一。碳纳米材料有很多，其中重要的是零维的富勒烯、一维的碳纳米管和二维的石墨烯。这些碳纳米材料不仅能够稳定存在，而且具有很多令人惊奇的性质。广泛应用于储能、催化、电子、环境等多个领域。但是富勒烯、碳纳米管、石墨烯这三种材料制备工艺复杂、结构可控性差，产品纯度不高，因此很难具有商业规模的应用。

碳纳米笼是由碳层卷曲形成的笼状结构的纳米碳材料，作为一种新型的低维碳纳米材料受到越来越广泛的关注。现有技术中碳纳米笼制备方法有金属还原法、碳蒸发法、催化热解法、苯火焰燃烧法、含氮无机物的转化等，但是这些方法都存在成本高、工艺复杂或者所使用的试剂腐蚀性和毒性较强等。发展一种廉价、无毒、低耗能的碳纳米材料制备方法是研究者共同追求的目标。

发明内容

针对以上技术问题，本发明目的在于提供一种碳纳米笼材料的制备方法，原料易得成本低，制备过程绿色环保，不存在有毒性或腐蚀性。

本发明所述的碳纳米笼材料的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)以糖类、氯化钾为原料，置于球磨罐中球磨得固体粉末；

(2)将固体粉末置于石英舟中，然后放入装有石英管的管式炉中，通入惰性气体，升温至500～1000℃，保温0.1-24h，冷却至室温，得初产物；

(3)将初产物投入水中浸泡，过滤、烘干得成品。

糖类为蔗糖或葡萄糖中的一种。

糖类与氯化钾的质量比控制在0.01～100：1。

球磨时球、料质量比控制在1～100:1。

球磨的时间为0.1-12h。

惰性气体为氮气、氩气或氦气中的一种或多种，惰性气体在管式炉中的流速在20～100mL min^-1。

管式炉升温速率为5～20℃·min^-1。

水溶液中浸泡的时间为0.1～24h，浸泡时为热水，热水温度为20-100℃。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果。

(1)本发明以糖类为碳源，以氯化钾为模版，原料廉价、无毒、无污染，二者在球磨罐中球磨混合均匀，经过球磨后，很容易将糖包裹于氯化钾表面，然后在惰性气体下进行高温碳化，去除硬模板氯化钾时不需要用到酸液或者碱液，只需用水将氯化钾溶解去除即可，整个制备过程绿色无污染，并且适合工业大规模制备；

(2)本发明所制备的碳纳米笼材料，具有尺寸为500nm的均一特性，所制备的碳纳米笼材料比表面积可达580m²·g^-1。所制得碳纳米笼材料具备高的比表面积、分级多孔结构以及石墨化碳成分，因此具有良好的导电性和良好的电解质离子传输性能。

附图说明

图1、实施例1所制得的碳纳米笼材料的氮气吸附-脱附曲线；

图2、实施例1所制得的碳纳米笼材料的XRD图；