[发明专利]一种碳材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种碳材料的制备方法，属于化工及材料技术领域。包括以下步骤：在包含碳源和催化剂的无氧环境中，对导电介质施加电压形成导电通路，得到所述碳材料，所述导电介质包括固体基底或液相导电体系；所述导电介质为液相导电体系时，在液相导电体系中得到所述碳材料；所述导电介质为固体基底时，在所述固体基底的表面得到所述碳材料。本发明采用导电通路制备碳材料，制备流程简单，且能量消耗小，成本低，对设备的要求低，在常温下就能够实现碳材料的制备。进一步地，本发明通过调节电流、电阻、电压或时间，能够得到不同种类的碳材料，包括石墨烯、碳纳米管或碳纤维。

技术领域

本发明涉及化工及材料技术领域，尤其涉及一种碳材料的制备方法。

背景技术

碳材料是由碳元素组成的无恒定结构及性质的材料，包括石墨烯、碳纳米管等，具有优异的力学、电学、热学性能，被广泛应用于微型电路、界面增强、轻量化等行业与领域，而制备碳材料的核心因素为碳源、能量、催化剂及基底，不同的能量供给与方法影响产业化效率与资源浪费。

目前，碳材料的制备方法包括化学气相沉积法以及采用流化床制备，流化床制备法是在流化床内生长，催化剂在碳源气体的吹动下成流动状态，然后高温生长，如中国专利CN106395795A公开了一种连续的碳纳米管流化床制备方法，由催化剂还原活化及碳化反应两部分构成，其中催化剂还原活化部分在常规流化床反应器内进行，碳纳米管生长反应器是分为上下两段的流化床反应器，还原活化的催化剂连续导入碳纳米管生长反应器，碳纳米管生长反应过程在内径较大的上段流化床内进行，实现连续化制备。化学气相沉积法的过程是碳纤维经过前处理后，进入到CVD炉内，通入碳源和催化剂气体，碳源是丙烯等气体，催化剂是硝酸铁等固体颗粒，然后高温生长碳纤维，如葛翔等以乙烯为碳源、无负载型铜镍合金为催化剂，采用催化化学气相沉积法制备出性能优异的纳米炭纤维块体(葛翔,吴晓龙,王际童,等.化学气相沉积法制备纳米炭纤维块体[J].新型炭材料,2015,30(001):54-62.)。

现有技术中制备碳材料的方法均存在制备流程复杂的缺点。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种碳材料的制备方法。本发明的制备方法流程简单，便于工业化应用。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种碳材料的制备方法，包括以下步骤：

在包含碳源和催化剂的无氧环境中，对导电介质施加电压形成导电通路，得到所述碳材料，所述导电介质包括固体基底或液相导电体系；

所述导电介质为液相导电体系时，在液相导电体系中得到所述碳材料；

所述导电介质为固体基底时，在所述固体基底的表面得到所述碳材料。

优选地，所述碳源包括有机碳源和无机碳源，所述有机碳源包括醇、烯烃或烷烃，所述无机碳源包括CO或CO₂。

优选地，所述醇为乙醇或乙二醇；所述烯烃为聚乙烯或丙烯；所述烷烃为甲烷。

优选地，所述催化剂中包括过渡金属元素。

优选地，所述催化剂包括过渡金属单质。

优选地，所述固体基底为碳纤维或导电金属，所述液相导电体系为电解液。

优选地，所述导电介质在使用前还包括活化，所述活化为：使用无机强酸浸泡所述固体基底；或使用电解质溶液浸泡所述固体基底后进行电解；或使用缓冲溶液浸泡所述导电介质。

优选地，所述催化剂和导电介质均为铁质。

优选地，所述无氧环境为真空环境、溶液或保护性气氛。