一种金属碳晶体的制备方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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；本发明专利技术将葡萄糖、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。本发明专利技术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。

A preparation method of metal carbon crystal

【技术实现步骤摘要】
一种金属碳晶体的制备方法
本专利技术涉及一种金属碳晶体的制备方法，属于碳材料

技术介绍
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C84-266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：“CompressedGlassyCarbon:AnUltrastrongandElasticInterpenetratingGrapheneNetwork”，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：“SynthesisofQuenchableAmorphousDiamond”，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。
技术实现思路
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，本专利技术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，本专利技术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；(2)将磷酸溶液加入到步骤(1)溶液A中混合均匀，在管式炉中，氦氖混合气体的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；(3)将步骤(2)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。所述步骤(1)中饱和氯化钠溶液中葡萄糖、吡咯和金属盐(FeCl3、CuCl2)的质量比为50～300:50～300:1。所述步骤(1)中溶液A中葡萄糖的浓度为0.05～0.15g/mL，葡萄糖与吡咯的质量比为1:1。所述步骤(2)磷酸溶液的质量浓度为10～25％，磷酸溶液与溶液A的体积比为4～6:10。所述步骤(3)酸溶液为乙酸溶液，乙酸溶液的质量浓度为5～25％。所述步骤(3)碱性溶液为氨水，氨水的质量浓度为25～30％。本专利技术的有益效果：本专利技术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，本专利技术方法的废液产生率低，过程中杂质为氮、磷、氧等元素，极易去除，且原料丰富，成本低。附图说明图1为P4/mmm空间群的金属性碳结构图；图2为实施例1的P4/mmm空间群的金属性碳结构的X射线衍射图；图3为实施例1的P4/mmm空间群的金属性碳结构的X射线衍射图；图4为实施例2的P4/mmm空间群的金属性碳结构的X射线衍射图；图5为实施例2的P4/mmm空间群的金属性碳结构的X射线衍射图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于所述内容。实施例1：本实施例金属碳晶体，金属碳晶体空间群为P4/mmm，晶格参数a＝b＝1.3218nm，c＝0.8778nm，晶体结构具有开口直径分别为1.117nm和0.7765nm的两个类纳米管的拓扑结构(见图1)；一种金属碳晶体的制备方法，具体步骤如下：(1)将葡萄糖、吡咯加入到含有铜离子的饱和氯化钠溶液中混合均匀得到溶液A；其中饱和氯化钠溶液中葡萄糖、吡咯和金属盐(CuCl2)的质量比为100:100:1，溶液A中葡萄糖的浓度为0.05g/mL，葡萄糖与吡咯的质量比为1:1；(2)将磷酸溶液加入到步骤(1)溶液A中混合均匀，在管式炉中，氦氖混合气体的氛围中以10K/min的升温速率匀速升温至温度为800K并恒温处理1.5h，再以10K/min的升温速率匀速升温至温度为1300K并恒温处理3.0h，骤冷至室温，静置处理12h以上得到固体B；其中磷酸溶液的质量浓度为20％，磷酸溶液与溶液A的体积比为4:10；(3)将步骤(2)固体B加入到酸溶液中酸洗5h，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，其中酸溶液为乙酸溶液，乙酸溶液的质量浓度为25％；碱性溶液为氨水，氨水的质量浓度为30％；本实施例P4/mmm空间群的金属性碳结构的X射线衍射图见图2，从图2可知，衍射峰较窄，体现出产物长程有序的晶态结构，其晶格参数a＝b＝1.3218nm，c＝0.8778nm；本实施例P4/mmm空间群的金属性碳结构的密度为1.2485g/cm3。实施例2：一种金属碳晶体的制备方法，具体步骤如下：(1)将葡萄糖、吡咯加入到含有铜离子的饱和氯化钠溶液中混合均匀得到溶液A；其中饱和氯化钠溶液中葡萄糖、吡咯和金属盐(CuCl2)的质量比为150:150:1，溶液A中葡萄糖的浓度为0.09g/mL，葡萄糖与吡咯的质量比为1:1；(2)将磷酸溶液加入到步骤(1)溶液A中混合均匀，在管式炉中，氦氖混合气体的氛围中以5K/min的升温速率匀速升温至温度为750K并恒温处理2h，再以5K/min的升温速率匀速升温至温度为1400K并恒温处理3.5h，骤冷至室温，静置处理12h以上得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属碳晶体，其特征在于：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。/n

【技术特征摘要】
1.一种金属碳晶体，其特征在于：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。


2.权利要求1所述金属碳晶体的制备方法，其特征在于，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；
(2)将磷酸溶液加入到步骤(1)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；
(3)将步骤(2)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...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊庆杨，邢孟江，李小珍，刘永红，代传相，
申请(专利权)人：宁波海秀丰科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33