[发明专利]一种金属碳晶体的制备方法

说明书

本发明公开了一种金属碳晶体及其制备方法，属于碳材料技术领域。本发明金属碳晶体空间群为P4/mmm，晶格参数a＝b＝1.2557～1.3879nm，c＝0.8339～0.9217nm，晶体结构具有开口直径分别为1.0611～1.1729nm和0.7376～0.8153nm的两个类纳米管的拓扑结构；本发明将葡萄糖、吡咯加入到含有铁离子或铜离子的饱和氯化钠溶液中混合均匀得到溶液A；将磷酸溶液加入到溶液A中混合均匀，在氦氖混合气体氛围中匀速升温至温度为750～850K并恒温处理1～2h，再匀速升温至温度为1250‑1500K并恒温处理3～4h，骤冷至室温，静置处理12h以上得到固体B；将固体B加入到酸溶液中酸洗5～8h，再加入碱性溶液进行中和反应至体系为中性，过滤、真空干燥即得P4/mmm空间群的金属性碳结构。本发明P4/mmm空间群的金属性碳结构具有微孔，吸酸易膨胀，可作为电池的电极材料。

技术领域

本发明涉及一种金属碳晶体的制备方法，属于碳材料技术领域。

背景技术

碳元素以其多样性的杂化成键的方式，sp，sp²和sp³，成功的构建出等多种化合物的骨架结构，同时自身也可以构建成多种同素异形体。在自然界中，碳单质主要以石墨和金刚石的形式的存在，前者完成由sp²杂化的碳原子构成，而后者完成由sp³杂化的碳原子构成，完全不同的杂化方式和晶体原子堆叠方式造就了两者完全不同的特性，比如导电性、硬度、导热性、电子性质、光学性质等。

随着合成技术的发展和改进，人们合成了更多的富勒烯空心的球形结构，如C₂₀，C₂₄，C₃₀，C₃₆，C₇₀等，甚至更大型的富勒烯C_84-266等，被称为新金刚石(n-diamond)的新型碳同素异形体，它可以通过低温退火、静态高压压缩、化学气相淀积等多种实验手段获得，且它还存在于原有和原始地质层中。n-diamond的晶格参数和立方金刚石的晶格参数十分接近，二者在实验上的区别是立方金刚石中消光的X射线衍射峰在新金刚石的衍射图谱中出现了，而且强度较高。另外，利用高温高压技术压缩sp²键合的类石墨碳也可以获得非晶碳。Hu等人(文献：“Compressed Glassy Carbon:An Ultrastrong and ElasticInterpenetrating Graphene Network”，Sci.Adv，2017，3，e1603213)在10-25GPa的压力和低于1500K的温度下，以玻璃碳为原料合成了一系列具有质量轻、高硬度、高弹性和导电性的sp²-sp³键合的非晶态的压缩玻璃碳，但其报道的最高硬度只有28GPa；Zeng等人(文献：“Synthesis of Quenchable Amorphous Diamond”，Nat.Commun.，2017，8，322)利用金刚石对顶压砧装置(DAC)在50GPa压力和1800K的温度下，以玻璃碳为原料合成了一种富sp³键合的、致密的、不可压缩的透明非晶碳，但这种实验手段获得的样品体积非常小，难以进行更多的性能测试。

发明内容

针对三维多孔碳材料的技术问题，提供了一种金属碳晶体及其制备方法，本发明以葡萄糖和吡咯为碳源和氮源，加入金属盐的饱和氯化钠溶液中，通过酸热处理、中和处理、惰性气体中热处理等步骤制备三维金属型碳材料，本发明方法的废液产生率低，过程中杂质少，且原料丰富，成本低。

一种金属碳晶体，金属碳晶体空间群为P4/mmm，金属碳晶体空间群为P4/mmm，晶格参数a＝b＝1.2557～1.3879nm，c＝0.8339～0.9217nm，晶体结构具有开口直径分别为1.0611～1.1729nm和0.7376～0.8153nm的两个类纳米管的拓扑结构。

所述金属碳晶体的制备方法，具体步骤如下：

(1)将葡萄糖、吡咯加入到含有铁离子或铜离子的饱和氯化钠溶液中混合均匀得到溶液A；