[发明专利]一种多孔空心碗形石墨材料及其制备方法

说明书

本发明涉及无机材料制备领域，提供了一种多孔空心碗形石墨材料及其制备方法。该材料为石墨质的碗形结构颗粒，内部呈空心结构，形貌呈凹陷碗状结构。碗壁为石墨质，石墨化程度可控，呈现多孔性，孔为微孔和介孔。颗粒具有高分散性，粒径大小和分布可控。多孔空心碗形石墨材料的制备方法步骤如下：将水热碳质空心碗形碳与含有一定浓度的铁离子盐溶液混合，搅拌均匀，并进行干燥；将干燥后的粉末装入石英舟中置于管式炉中在保护气氛下以一定升温速度至一定温度并保温一段时间；将煅烧后的粉末放入一定浓度的酸性溶液中一定时间，进行酸洗，去除铁元素，并进行干燥，得到多孔空心碗形石墨材料。本发明优点在于提供了一种将低经济价值的生物废料转化为高经济价值的功能化碳材料的方法，所制备得到的碳材料具备碗形空心材料的独特特点，同时兼具石墨化和多孔的特征，有望在储能、催化、涂层、复合材料、粉末冶金等领域得到应用，并形成产业化。

技术领域

本发明属于无机材料制备技术领域，具体涉及一种新的多孔空心碗形石墨材料及其制备方法。

背景技术

石墨由于其特殊的层状结构，而具有特殊性质：耐高温性、导电导热性、润滑性、化学稳定性、可塑性、抗热震性等，因此，不同结构和形貌的石墨材料已成为材料研究领域的研究重点。

空心结构粉体材料以其内部空腔的独特结构受到越来越多的关注。空心碗形材料，是基于空心球进一步设计的材料，不仅具有空心球结构的比表面积大、比重小、含有内部空间、纳米效应等优点，而且碗形材料具有弱对称性，因此可以发生堆栈行为，从而提高其振实密度。另外，其内凹面可以有效地调控光、电子束，流体等的场效应。结合石墨材料的特性，多孔空心碗形石墨材料有望在传感器、储能、电极材料等领域实现广泛的应用前景。目前，未见制备多孔空心碗形石墨材料的报道。

贾宝瑞等(一种空心碗状碳材料的制备方法CN201910032940.1)通过将水热碳化、软模板法和微乳液法的工艺相结合，来制备空心水热碳碗材料，克服了硬模板法工艺复杂的缺陷，无需加入腐蚀性溶剂去除硬模板，减少污染环境和材料浪费。

基于上述考虑，本发明提出了一种新的多孔空心碗形石墨材料及其制备方法。

发明内容

本发明目的是制备一种多孔空心碗形石墨材料，所述方法步骤简单，成本低廉，适合工业化生产。

一种多孔空心碗形石墨材料，其特征在于：

该材料为石墨质的碗形结构颗粒，内部呈空心结构，形貌呈凹陷碗状结构；碗壁为石墨质，石墨化程度可控，呈现多孔性，孔为微孔和介孔；颗粒具有高分散性，粒径大小和分布可控。

如上所述一种多孔空心碗形石墨材料的制备方法，其特征在于其制备步骤如下：

1)、制备水热碳质空心碗形碳；

2)、将该空心碗形碳与含有一定浓度的铁离子盐溶液混合，搅拌均匀，并进行干燥；

3)、将干燥后的粉末装入石英舟中置于管式炉中在保护气氛下以一定升温速度至一定温度并保温一段时间；

4)、将煅烧后的粉末放入一定浓度的酸性溶液中一定时间，进行酸洗，去除铁元素，并进行干燥，得到多孔空心碗形石墨材料。

进一步地，步骤1)所述水热碳质空心碗形碳的制备步骤为(参见专利201910032940.1：)

a、原料：包括碳源、溶剂、软模板剂；碳源为生物原料和废料；生物原料包括苹果、梨、葡萄、桃子、荔枝、甘蔗，生物废料包括吃剩的苹果核、梨核以及它们的果皮，还包括葡萄果皮、甘蔗渣、以及无法供人食用的腐坏的苹果、梨、葡萄、桃子、荔枝、甘蔗；软模板剂由阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂共同形成，溶剂为去离子水；

b、对生物原料或废料榨汁，过滤，洗涤，最终得到清澈的汁液；