一种碳点诱导的碳基气凝胶的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳点诱导的碳基气凝胶的制备方法，其技术方案是：碳点选用壳聚糖、聚乙烯亚胺等正电性高分子为前驱体，采用热烧结法制备而成，碳点表面携带丰富正电性官能团，粒径大约为3

【技术实现步骤摘要】
一种碳点诱导的碳基气凝胶的制备方法


[0001]本专利技术涉及碳基气凝胶的制备
，具体涉及一种碳点诱导的碳基气凝胶的制备方法。

技术介绍

[0002]气凝胶是一种固体物质形态，是世界上密度最小的固体，目前普遍接受的气凝胶的定义是：不论采用何种干燥方法，只要是将湿凝胶中的液体被气体所取代，同时凝胶的网络结构基本保留不变，这样所得的材料都称为气凝胶，气凝胶的结构特征是拥有高通透性的圆筒形多分枝纳米多孔三维网络结构，拥有极高孔洞率、极低的密度、高比表面积、超高孔体积率，其体密度在0.003
‑
0.500g/cm
‑3范围内可调，气凝胶内含大量的空气，典型的孔洞线度在l
‑
l00纳米范围，孔洞率在80％以上，是一种具有纳米结构的多孔材料，在力学、声学、热学、光学等诸方面均显示其独特性质，它们明显不同于孔洞结构在微米和毫米量级的多孔材料，其纤细的纳米结构使得材料的热导率极低，具有极大的比表面积，对光、声的散射均比传统的多孔性材料小得多，这些独特的性质不仅使得该材料在基础研究中引起人们兴趣，而且在许多领域蕴藏着广泛的应用前景，气凝胶的种类很多，有硅系，碳系，硫系，金属氧化物系，金属系等等。其中碳基气凝胶是一种轻质、多孔、非晶态、块体纳米碳材料，作为一种新型气凝胶，碳气凝胶具有原料丰富，比表面积大、孔隙率高、质量密度低、导电性能优良、耐高温等优点，在催化剂、吸附材料、储能材料、超级电容器、气体吸附、生物医疗等领域具有广阔的应用前景。
[0003]现有的碳基气凝胶常用的前驱体包括有碳纳米材料、有机高分子材料、生物质材料等，目前碳基气凝胶主要以间苯二酚/甲醛、石墨烯或碳纳米管等为原材料，通过溶胶凝胶过程和超临界干燥处理得到，此类方法常会使用有毒有害的溶剂，易造成环境污染，且制备复杂、耗时繁琐，生产成本高。

技术实现思路

[0004]为此，本专利技术提供一种碳点诱导的碳基气凝胶的制备方法，以解决有毒有害的溶剂，易造成环境污染，且制备复杂、耗时繁琐，生产成本高的问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种碳点诱导的碳基气凝胶的制备方法，包括碳点选用壳聚糖、聚乙烯亚胺等正电性高分子为前驱体，采用热烧结法制备而成，碳点表面携带丰富正电性官能团，粒径大约为3
‑
20纳米，Zeta电位为正，二维纳米碳材料可以为石墨烯，氧化石墨烯，石墨相氮化碳等，Zeta电位为负，且纳米片尺寸在100纳米
‑
2微米之间，两者通过静电自组装形成的碳基气凝胶具有丰富且无序的孔隙结构，孔径集中分布在10
‑
100纳米的介孔范围内，且无任何化学交联剂参与；
[0006]具体步骤如下：
[0007]S1、首先正电性碳点采用壳聚糖，聚乙烯亚胺等正电性高分子为前驱体，通过热烧结法制备而成，待温度降至室温后，取出反应产物；
[0008]S2、取所述步骤S1中制备得到的反应产物进行溶解，溶剂可以选择去离子水，乙醇，N,N
‑
二甲基甲酰胺等，溶解完成后进行过滤，收集滤液，采用微孔滤膜的孔径为100纳米
‑
0.2微米，将滤液透析至少24小时，透析中途进行换水3
‑
5次，采用透析袋的截留分子量为1
‑
15KDa之间，在透析结束后，取出碳点水溶液，冷冻干燥，得到碳点粉末；
[0009]S3、二维纳米碳材料可以为石墨烯，氧化石墨烯，石墨相氮化碳等，石墨烯或者氧化石墨烯的前驱体可以为石墨，氧化石墨，二茂铁，1,2,4
‑
三氯苯，以及含碳高分子材料，石墨相氮化碳的前驱体可以为尿素，硫脲，三聚氰胺，二氢胺等，若需加热，加热温度在400
‑
900℃，加热时间在2
‑
10h，若需细胞破碎，细胞破碎过程功率控制在300
‑
800W，破碎时间控制在2
‑
24h，溶剂为去离子水，乙醇等溶剂或几种溶剂的混合物；
[0010]S4、将所述步骤S2中制得的碳点粉末和所述步骤S3中的二维纳米碳材料溶解在水中，搅拌混合均匀，之后冷冻干燥，得到碳点诱导的碳基气凝胶。
[0011]优选的，所述碳基气凝胶是由正电性碳点和负电性二维纳米碳材料自组装而成。
[0012]优选的，所述碳基气凝胶形成的驱动力为正电性碳点和负电性二维纳米碳材料之间的静电作用力和氢键等，无任何化学交联剂的参与。
[0013]优选的，所述步骤S1中正电性碳点采用热烧结法制备而成，加热温度在140
‑
220℃，反应时间为3
‑
10h。
[0014]优选的，所述步骤S4中碳基气凝胶是将碳点和二维纳米碳材料溶解在水中，质量比在1:10
‑
10:1之间，通过冷冻干燥过程制得的。
[0015]优选的，所述碳基气凝胶的孔径集中分布在10
‑
100纳米的介孔范围内，且为无序孔。
[0016]优选的，所述碳基气凝胶的形成溶剂为去离子水。
[0017]本专利技术实施例具有如下优点：
[0018]1、碳点诱导的碳基气凝胶的巨大优势在于，制备简单快速，凝胶形成环境为水溶剂，无任何有毒有害的化学交联剂，成本低廉，质量超轻，且孔隙结构丰富；
[0019]2、工艺设备简单，重复率高，化学性质稳定，易于推广，可应用于催化、吸附、以及生物医疗等方面。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
[0021]本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本专利技术可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本专利技术所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本专利技术所揭示的
技术实现思路
得能涵盖的范围内。
[0022]图1为本专利技术提供的实施例1制备碳基气凝胶的示意图；
[0023]图2为本专利技术提供的实施例1和实施例2制备的碳基气凝胶的实物图；
[0024]图3为本专利技术提供的实施例1制备的碳点、石墨相氮化碳(g
‑
C3N4)以及碳基气凝胶
的Zeta电位图；
[0025]图4为本专利技术提供的实施例1制备的碳基气凝胶的氮气吸脱附曲线图和孔径分布图。
具体实施方式
[0026]以下由特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳点诱导的碳基气凝胶的制备方法，其特征在于：碳点选用壳聚糖、聚乙烯亚胺等正电性高分子为前驱体，采用热烧结法制备而成，碳点表面携带丰富正电性官能团，粒径大约为3
‑
20纳米，Zeta电位为正，二维纳米碳材料可以为石墨烯，氧化石墨烯，石墨相氮化碳等，Zeta电位为负，且纳米片尺寸在100纳米
‑
2微米之间，两者通过静电自组装形成的碳基气凝胶具有丰富且无序的孔隙结构，孔径集中分布在10
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100纳米的介孔范围内，且无任何化学交联剂参与；具体步骤如下：S1、首先正电性碳点采用壳聚糖，聚乙烯亚胺等正电性高分子为前驱体，通过热烧结法制备而成，待温度降至室温后，取出反应产物；S2、取所述步骤S1中制备得到的反应产物进行溶解，溶剂可以选择去离子水，乙醇，N,N
‑
二甲基甲酰胺等，溶解完成后进行过滤，收集滤液，采用微孔滤膜的孔径为100纳米
‑
0.2微米，将滤液透析至少24小时，透析中途进行换水3
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5次，采用透析袋的截留分子量为1
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15KDa之间，在透析结束后，取出碳点水溶液，冷冻干燥，得到碳点粉末；S3、二维纳米碳材料可以为石墨烯，氧化石墨烯，石墨相氮化碳等，石墨烯或者氧化石墨烯的前驱体可以为石墨，氧化石墨，二茂铁，1,2,4
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三氯苯，以及含碳高分子材料，石墨相氮化碳的前驱体可以为尿素，硫脲，三聚氰胺，二氢胺等，若需加热，加热温度在400
‑
900℃，加热时...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨雪纯，颜炳君，焦正，叶明贵，
申请(专利权)人：上大合肥产业技术创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：