[发明专利]二维超薄碳纳米片及大规模制备二维超薄碳纳米片的方法

说明书

本发明涉及一种二维超薄碳纳米片及大规模制备二维超薄碳纳米片的方法。原料硝酸铵提供硝酸根与铵根，在烧制的瞬间热解过程中，硝酸根与铵根放出大量气体产生强的冲击力吹制前驱体胶体，而且硝酸根产生的氮氧化物还与铵根反应进一步产生气流用来进一步“吹制”该前驱体胶体直至形成横向尺寸大、均匀性好、超薄的二维碳纳米片，操作简单，所需时间短，大大缩短了产品生产周期，极大提高了其市场竞争优势。所得二维超薄碳纳米片薄度仅为十至十几个纳米，其组成微结构横向尺寸可达400‑550μm，取得了二维石墨纳米材料性能质的提升，填补了业内二维超薄碳纳米片的空白，对于二维石墨纳米材料的发展具有深远的意义。

技术领域

本发明涉及二维碳纳米片,具体涉及一种二维超薄碳纳米片及大规模制备二维超薄碳纳米片的方法。

背景技术

现二维碳纳米片受工艺条件的限制，多为细小的单层碳纳米片堆垛而成，其单层碳纳米片横向尺寸很小，且由此堆垛成的二维碳纳米片厚薄不均，严重影响了其二维碳纳米片的电化学性能，上述问题已成为制约二维碳纳米片大规模产业推广应用的重要影响因素。

为了解决日益增长的全球能源需求带来的挑战，可应用于充电电池的二维碳纳米片正面临着巨大的机遇与挑战，因此，开发一种可以大量制备二维超薄碳纳米片的普适性方法就显得尤为重要且迫切。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种二维超薄碳纳米片及大规模制备二维超薄碳纳米片的方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种大规模制备二维超薄碳纳米片的方法，包括以下步骤：

调节硝酸盐水溶液与柠檬酸的乙二醇溶液混合物的pH值，其中，硝酸盐包括过渡金属的硝酸盐、及硝酸铵；

加热得前驱体胶体；

将所述前驱体胶体利用蔓延方法在保护气氛下采取瞬间或快速烧制方式制得二维超薄碳纳米片。

硝酸铵提供硝酸根与铵根，在瞬间热解过程中，硝酸根与铵根放出大量气体产生强的冲击力，而且硝酸根产生的氮氧化物还与铵根反应进一步产生气流来“吹制”形成超薄二维碳纳米片，所得超薄二维碳纳米片薄，仅为十至十几个纳米，厚度均匀，其超薄二维碳纳米组成微结构横向尺寸大，可达400-550μm，是现有二维碳纳米片无法得到的，填补了业内二维超薄碳纳米片的空白。

进一步的，过渡金属的硝酸盐包括硝酸钴、硝酸铁、硝酸镍中的至少一种。

进一步的，过渡金属的硝酸盐与硝酸铵的质量比为2-11:1。

硝酸铵与水的质量比为1：5-15。

柠檬酸与乙二醇的用量比为35-46:40-57，以g：ml计。

进一步的，加热方式为油浴，所述油浴加热温度为80-160℃，油浴加热时间为2-12h。

进一步的，调节硝酸盐水溶液与柠檬酸的乙二醇溶液混合物的pH值大于7，便于前驱体胶体的形成。

进一步的，烧制温度为600-900℃，烧制时，将前驱体胶体加热炉。

根据本发明的另一个方面，提供了一种二维超薄碳纳米片，根据所述的大规模制备二维超薄碳纳米片的方法制得。

进一步的，所述的二维超薄碳纳米片，应用于电池、超级电容器、吸波材料、电催化材料中的至少一种。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：