[发明专利]用氧化镁为模板剂的二维片状六角空心碳材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种用氧化镁为模板剂的二维片状六角空心碳材料的制备方法，以二维片状六角氧化镁为模板，用动物油为碳源，在氮气气氛下通过程序升温焙烧碳化，然后用酸除去氧化镁，最后得到空心的二维六角片状碳材料，形貌规整、分散性良好。本发明工艺流程简单、原料易得，制备得到的碳材料为二维六角空心状，有较高的分散性、比表面积大等优点。

技术领域

本发明属于无机新材料制备领域，具体涉及一种用氧化镁为模板剂的二维片状六角空心碳材料的制备方法。

背景技术

碳基空心结构纳米材料以其独特的结构、优异的物理化学性能及广阔的应用前景，成为空心结构纳米材料研究和开发的热点领域之一。与其它空心材料制备相似，可通过控制模板的形貌和结构得到不同形貌的空心碳结构。更重要的是，可通过合理设计模板＠碳前驱物复合物来丰富碳基空心结构纳米材料的形态和功能多样性。空心碳球具有独特的空腔结构而具有比表面积大、密度低、化学稳定性好、热稳定性高等优点，在能源、气体储存、吸附分离和催化等领域有着广泛的应用。

目前人们合成了各种空心结构的球状材料，以3-氨基苯酚/甲醛树脂的形成为例，研究者能够通过控制分子/环境变量来调节其生长动力学，形成具有指定类型的内部结构不均匀性的树脂纳米球(Bin,D.S.et al.Controlling the Compositional Chemistry inSingle Nanoparticles for Functional Hollow Carbon Nanospheres.J Am Chem Soc139,13492-13498,doi:10.1021/jacs.7b07027(2017).)。这类模板法被广泛应用于制备空心碳球材料，如厦门大学王鸣生等人发明了一种氮掺杂多孔空心碳球及其制备方法，以单分散二氧化硅球作为模板、以间苯二酚和甲醛作为碳源前驱体、以乙二胺作为碱性催化剂和氮源前驱体制备空心碳球，可有效抑制锂枝晶产生、限制锂金属沉积/剥离过程中体积变化以及稳定界面膜，可作为锂金属负极的理想碳基集流体材料，进而用于构建安全、高库伦效率和长寿命的锂金属电池(CN110148754A)。但对于空心结构的二维片状纳米材料还少有人探索，例如，如何进一步简化制备工艺，制备得到具有特定形貌的二维片状空心碳材料，以更好的在光、电以及催化领域应用，仍需进一步研究。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种用氧化镁为模板剂的二维片状六角空心碳材料的制备方法，工艺简单，成本低廉，制备得到的碳材料为二维六角空心状，有较高的分散性、比表面积大等优点。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种用氧化镁为模板剂的二维片状六角空心碳材料的制备方法，以二维片状六角氧化镁为模板，用动物油为碳源，在氮气气氛下通过程序升温焙烧碳化，然后用酸除去氧化镁，最后得到空心的二维六角片状碳材料。

进一步地，制备方法具体包括以下步骤：

(a)将片状六角氧化镁和一定质量的动物油放在一起，加热使动物油熔化并与氧化镁搅拌混合，然后冷却得到动物油/氧化镁混合物；

(b)将上述得到的混合物在氮气气氛下程序升温，高温碳化，得到氧化镁/碳的复合物；

(c)将碳化后的样品加入一定浓度的酸溶液中，水热反应一段时间，然后过滤、烘干，最后得到片状六角空心碳。

进一步地，所述动物油由动物脂肪熬制而成，包括猪油、鱼油、牛油、鸡油、羊油中的一种或多种混合物。

进一步地，所述动物油与氧化镁的质量比为0.5:1～5:1，进一步优选地氧化镁与动物油的质量比为1：5。

进一步地，步骤(b)中从室温开始，以1～5/min的速度升温到600℃～800℃，并保持温度2-4h，氮气焙烧温度为800℃，焙烧时间为2h。