[发明专利]一种纳米碳球及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米碳球，此碳球为实心结构，单分散性良好，表面光滑，无杂质，粒径小，整体上粒径分布比较均匀。同时经微波水热法制备的纳米碳球,具有高密度、高强度、高比表面积等优点。本发明还公开了一种纳米碳球的制备方法，包括：取一定质量的葡萄糖放入反应釜内衬中；取一定量的去离子水加入到上述反应釜中，使葡萄糖全部溶解，然后装入反应釜放入烘箱，做水热反应；反应结束后，将釜内溶液抽滤，将样品用滤纸包好放入干燥箱中干燥。本发明工艺流程简单、可连续生产、原料便宜、安全无毒；产物粒径小分布均匀、颗粒团聚轻、晶形好且可控、不需高温烧结，省去了研磨以及由此带来的杂质，避免缺陷。

技术领域

本发明涉及一种纳米碳球及其制备方法。

背景技术

碳微球材料由于其具有高密度、高强度、高比表面积以及在锂离子电池方面的应用前景，已经引起许多研究人员的兴趣。碳微球的形状和大小显著影响着其电学性能。

葡萄糖在水热条件下会发生许多化学反应，实验结果表明：当0.5mol/L的葡萄糖溶液在低于140℃或反应时间小于1h时不会形成碳球。当反应条件为0.5mol/L、160℃、3h时开始出现成核现象，这个碳化步骤产生的原因：一是由于低聚糖之间分子间脱水而引起的交联反应；二是在先前步骤中有其它大分子的形成，然后形成的核在溶液中各向同性生长。现有的研究结果表明，制备过程中的葡萄糖起始浓度、反应温度和反应时间都会直接影响碳球的粒径分布，其中反应时间对颗粒粒径影响很大。

由葡萄糖水热法制备纳米碳球具有绿色环保无污染的特点，实验过程中没有引入任何引发剂以及有毒溶剂，制备得到的碳球粒径均匀，大小可控，同时表面含有大量活性官能团，具有优良的亲水性和表面反应活性，可应用于生物化学、生物诊断以及药物传输领域，也可以作为制备核壳结构材料或者多孔材料的模板等等，具有极好的应用前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种纳米碳球及其制备方法，该碳球为实心结构，单分散性良好，表面光滑，无杂质，粒径小，整体上粒径分布比较均匀；该方法制备纳米碳球还有，密度高、强度高、表面积大等特点，在锂离子电池等多方面具有广大的应用前景。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：用葡萄糖作为前驱体，通过水热法制备纳米碳球。

进一步，所述纳米碳球为实心结构，单分散性良好，表面光滑，无杂质存在，粒径约为200nm，整体上粒径分布比较均匀，本发明还提供了一种纳米碳球的制备方法，包括以下步骤：步骤S1：直接在反应釜内衬中配置一定比例的葡萄糖溶液，然后将内衬固定在高压反应釜背部；步骤S2：设定反应条件做水热反应；步骤S3：将釜内黑褐色溶液抽滤、清洗、干燥得到纳米碳球。

进一步，所述的纳米碳球的制备方法，其特征在于步骤S1中：用电子天平称取6g葡萄糖放入50mL反应釜内衬中，用移液管准确移取35mL去离子水（葡萄糖溶液的浓度为0.78mol/L）加入到上述反应釜中，用玻璃棒搅拌溶液，使葡萄糖全部溶解，然后装入反应釜中，用扳手拧紧反应釜，放入烘箱中。

进一步，所述的纳米碳球的制备方法，其特征在于所述步骤S2中：设定反应条件为，温度180℃，反应时间4-12 h。

进一步，所述的纳米碳球的制备方法，其特征在于所述步骤S3中：待反应结束后，降至室温，取出反应釜，将釜内黑褐色溶液抽滤（用220nm有机滤膜），并及时清洗反应釜内衬，抽滤时用去离子水和无水乙醇清洗至滤液为无色，将样品用滤纸包好放入干燥箱中70℃干燥4h。

采用了上述技术方案后，本发明具有以下有益效果：1）本发明的纳米碳球为实心结构，单分散性良好，表面光滑，无杂质存在，粒径约为200nm，整体上粒径分布比较均匀；2）与传统活性炭改性方法相比，本发明具有操作简单，效率高，产物较纯，环境友好等一系列优点；3）本发明工艺流程简单、可连续生产原料便宜、安全无毒；4）本发明所得产物粒径小分布均匀、颗粒团聚轻、晶形好且可控、不需高温烧结，省去了研磨以及由此带来的杂质。