一种炭纳米片及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于炭纳米材料技术领域，公开了一种炭纳米片及其制备方法和应用

【技术实现步骤摘要】
一种炭纳米片及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于炭纳米材料
，具体涉及一种炭纳米片及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]炭纳米片具有独特的纳米片结构
、
高的比表面积和易裸露的高活性表层原子，在超级电容器
、
电催化
、
锂
/
钠离子电池等储能领域有广泛的应用前景
。
然而，
sp2杂化为主的二维碳材料如石墨烯，在分子平面内存在强的
π
‑
π
相互作用力，导致炭纳米片发生团聚，进而使得电解液离子在碳基体内扩散阻力加大
、
活性位点无法有效暴露
。
炭基纳米片的结构与表面设计是提升其电化学性能的关键
。
[0003]现有的炭基纳米片较多，如以氧化石墨烯为模板，通过在石墨烯表面生长聚合物，获得具有二维结构的聚吡咯包覆石墨烯材料，高温炭化获得的氮掺杂炭纳米片；或将甲壳素加入碱
/
尿素水溶液中形成悬浮液后，反复冷冻
/
解冻至悬浮液变成透明溶液，干燥后得到甲壳素复合物，在惰性气体中预炭化
、
炭化
、
酸洗得到的三维连通的超高比表面积炭纳米片，等等
。
但这些炭基纳米片的前驱体集中在分子量较高的碳源，在高温炭化过程中很难抑制其分子之间的二次交联，炭纳米片的厚度很难实现精确调控
。
此外，这些方法涉及的合成步骤繁琐，难以实现稳定性批量化生产
。
[0004]因此，亟需提供一种炭纳米片制备方法，其合成步骤简单，且能精确调控炭纳米片厚度
。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一
。
为此，本专利技术提出一种炭纳米片及其制备方法和应用
。
本专利技术提供的炭纳米片的制备方法，其合成步骤简单，且能精确调控炭纳米片厚度；制备的炭纳米片能够广泛应用于超级电容器
、
电催化
、
锂
/
钠离子电池等储能领域
。
[0006]本专利技术第一方面提供了一种炭纳米片的制备方法
。
[0007]具体地，一种炭纳米片的制备方法，包括以下步骤：
[0008]将碳源小分子与碱式碳酸盐研磨混合；然后进行炭化，得炭
@
金属氧化物混合物；再向所述炭
@
金属氧化物混合物中加入酸进行处理，最后经水洗
、
干燥，制得炭纳米片
。
[0009]本专利技术制备的纳米材料里可掺杂非碳原子，但并非完全由碳六元环组成，是由碳源小分子高温裂解
、
模板表面原位沉积自组装成的炭纳米片
。
[0010]优选地，所述碳源小分子包括柠檬酸
、
柠檬酸钾
、
柠檬酸钠
、
对甲苯磺酸
、
对甲苯磺酸钠
、
对甲苯磺酸钾
、
植酸
、
植酸二钾盐
、
植酸钠盐中的至少一种
。
[0011]优选地，所述碱式碳酸盐包括碱式碳酸锌
、
碱式碳酸镍
、
碱式碳酸镁中的至少一种
。
[0012]优选地，所述碳源小分子与所述碱式碳酸盐的质量比为1：
0.5
～
15
；进一步优选地，所述碳源小分子与所述碱式碳酸盐的质量比为1：1～
12
；更优选地，所述碳源小分子与
所述碱式碳酸盐的质量比为1：5～
12。
[0013]优选地，所述研磨混合的时间为
15
～
60min
，所述研磨混合的转速为
50
～
300rpm。
[0014]优选地，所述炭化的过程为：于保护气氛下，以2～
10℃/min
的升温速率升温至炭化温度
600
～
1300℃
，然后保温
30
～
180min。
进一步优选地，所述炭化的过程为：于保护气氛下，以5～
10℃/min
的升温速率升温至炭化温度
1000
～
1200℃
，然后保温
60
～
180min。
[0015]优选地，所述保护气氛为氮气和
/
或者氩气
。
[0016]优选地，所述酸为盐酸，所述盐酸的浓度为
0.5
～
3mol/L。
[0017]优选地，所述盐酸的添加量与所述碱式碳酸盐的摩尔比不低于
2。
通过控制所述盐酸的添加量与所述碱式碳酸盐的摩尔比不低于2，能够确保盐酸过量，金属离子可以完全被洗去
。
[0018]优选地，所述加入酸进行处理的过程为加入酸后，磁力搅拌6～
12h。
[0019]优选地，所述干燥的温度为
80
～
120℃。
[0020]更为具体地，一种炭纳米片的制备方法，包括以下步骤：
[0021]将碳源小分子与碱式碳酸盐按照不同质量比，放置在玛瑙球磨罐中，研磨至完全混合均匀，得球磨混合物；然后将所述球磨混合物铺在氧化铝坩埚内，于管式炉保护气氛下炭化，得到炭
@
金属氧化物混合物；再滴加过量稀盐酸到所述炭
@
金属氧化物混合物中，进行磁力搅拌；最后水洗至完全中性，经干燥，制得炭纳米片
。
[0022]本专利技术还提供一种炭纳米片
。
[0023]具体地，一种炭纳米片，由上述制备方法制得，所述炭纳米片的厚度为2～
20nm
，比表面积为
500
～
2500m2g
‑1、
孔尺寸为
0.7
～
50nm。
[0024]本专利技术还提供了上述炭纳米片的应用
。
[0025]具体地，上述炭纳米片在制备超级电容器
、
电催化材料或锂
/
钠离子电池中的应用
。
[0026]相对于现有技术，本专利技术的有益效果如下：
[0027](1)
本专利技术以碳源小分子为原料，以碱式碳酸盐为硬模板，经过高温裂解
、
表面原位沉积富碳小分子构筑炭纳米片
。
通过控制碳源小分子与碱式碳酸盐模板的质量，以及碳化温度，能够制得不同微观结构和表面化学的炭纳米片，炭纳米片的厚度为2～
20nm
，比表面积为
500
～
2500m2g
‑1，孔尺寸为
0.7
～
50nm
；尤其是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种炭纳米片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将碳源小分子与碱式碳酸盐研磨混合；然后进行炭化，得炭
@
金属氧化物混合物；再向所述炭
@
金属氧化物混合物中加入酸进行处理，最后经水洗
、
干燥，制得炭纳米片
。2.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳源小分子包括柠檬酸
、
柠檬酸钾
、
柠檬酸钠
、
对甲苯磺酸
、
对甲苯磺酸钠
、
对甲苯磺酸钾
、
植酸
、
植酸二钾盐
、
植酸钠盐中的至少一种
。3.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱式碳酸盐包括碱式碳酸锌
、
碱式碳酸镍
、
碱式碳酸镁中的至少一种
。4.
根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述碳源小分子与所述碱式碳酸盐的质量比为1：
0.5
～
15
；优选地，所述碳源小分子与所述碱式碳酸盐的质量比为1：1～
10。5.
根据权利要求1～3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述炭化的过程为：于保护气氛下，以2～
10℃/min
的升温速率升温至炭化...

【专利技术属性】
技术研发人员：张东东，张镱骅，卢国，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：