[发明专利]一种类花瓣状碳纳米片的制备方法

说明书

一种水热合成类花瓣状碳纳米片的制备方法，属于材料制备技术领域。具体步骤如下：将碳前驱体、碱性锌盐、细粉状二氧化硅以一定质量比加入去离子水中，搅拌形成均匀悬浊液，并将悬浊液转入自压釜中进行水热处理，再将水热处理产物在惰性气氛下焙烧，HF溶液脱除原位自组装形成的模板，得到类花瓣状碳纳米片。

技术领域

本发明涉及一种水热合成类花瓣状碳纳米片的制备方法，属于材料制备技术领域。

技术背景

多孔碳材料由于具有较高的比表面积、特殊的孔径分布、化学惰性以及高的导电性能引起人们的广泛关注。制备具有特殊性能的碳材料具有重要意义，其在催化、吸附、能源等多个领域具有广阔的潜在应用前景。多孔碳材料的制备过程通常包括含碳原料在惰性气氛下的碳化和相应碳化产物的活化。活化方法可分为物理活化和化学活化。碳前驱体来源广泛，如：木屑、果壳、煤、有机聚合物等。由于碳材料的固有性质与碳前驱体的结构密切相关。因此，为了调变碳材料的性能，多种具有特殊结构的前驱体被用来制备功能碳材料，如：功能性离子液体(Fuchs I.,et al.,Angew.Chem.Int.Ed.2016,55,408-412)、手性液晶相纳米纤维素(Shopsowitz K.E.,et al.,Angew.Chem.2011,50,11183-11187)、石墨烯(Zheng X.Y.,Adv.Mater.,2015,27,5388-5395)、共价有机框架材料(Diercks C.S.,Science,2017,355,1585)等。然而以上这些特殊的碳前驱体多存在价格昂贵或放大制备困难等缺陷。

生物质具有来源丰富、价廉、可再生等优点，成为制备多孔碳材料的重要原料。见诸文献报道的有糖类(葡萄糖、蔗糖、淀粉、纤维素等)(Jain A,et al.Chem.Eng.J.2016,283,789-805；Wang Q,et al.Carbon 2001,39(14),2211-2214)、壳聚糖(Lee DW,etal.ACS Sustainable Chem.Eng.2017,5(11),9935-9944)、卵清蛋白(White RJ,etal.Green Chem.2011,13(9),2428-2434)、麦秸(Liu W,et al.ACS SustainableChem.Eng.2018,6(9),11595-11605)等。而水热碳化过程具有反应条件温和、操作简便、无有机溶剂、碳化率高等特点，在生物质碳化中得到广泛应用。

自石墨烯问世以来(Science,2004,306,666-669)，多种二维碳材料引起了人们关注。Zhuang XD(Adv.Mater.2014,26(19),3081-3086)以氧化石墨烯为模板合成了一种富含氮原子的二维碳纳米片。Fan ZJ(Adv.Energy Mater.2012,2(4),419-424)以埃洛石为无机模板剂、明胶为碳源、KOH为后处理活化剂制备出了柱撑状的多孔碳纳米片。郭守武等(CN103141101A)公开了一种水热法直接制备二维碳纳米材料的方法，原料为葡萄糖和硼氢化钠。以上报道的二维碳材料制备方法中都存在一些不可避免的问题，因此，有必要寻找原材料成本低廉、操作过程简便的二维碳材料制备新方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水热合成类花瓣状碳纳米片的制备方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种水热合成类花瓣状碳纳米片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将碱性锌盐、细粉状二氧化硅、碳前驱体加入去离子水中进行搅拌，形成一种均一的悬浊液；

(2)将步骤(1)中得到的悬浊液加入到聚四氟乙烯内衬中，并将内衬装入不锈钢自压釜中，在一定温度下进行水热处理；

(3)将步骤(2)中所得的棕色粉末在管式炉中焙烧，温度为600～1000℃，升温速率1～10℃/min，气氛为惰性气体；