專利名稱：一種制備多層石墨烯碳材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種制備多層石墨烯碳材料的方法，先自行制備無(wú)定形碳材料，再在單質(zhì)金屬鈉熔體中經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)重整轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄬邮?，屬于碳材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
多層石墨烯是最近幾年剛被發(fā)現(xiàn)的一種準(zhǔn)二維新型碳結(jié)構(gòu)材料，因其具有介于二維結(jié)構(gòu)單層石墨烯和三維結(jié)構(gòu)石墨晶體的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，因而表現(xiàn)出一系列優(yōu)異的性能，比如高楊氏模量、高電導(dǎo)率、高熱導(dǎo)率、高比表面積等。正是由于擁有如此優(yōu)異的性能，多層石墨烯在電容器、傳感器、催化、儲(chǔ)能等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用空間，是一種潛力巨大的新型材料。然而目前制備多層石墨烯的方法嚴(yán)重制約了多層石墨烯在各個(gè)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用， 傳統(tǒng)的機(jī)械剝離、超聲分散、氣相沉積、外延生長(zhǎng)、化學(xué)還原等方法采用石墨、SiC單晶或有機(jī)氣體為原料，分離石墨晶體中的碳原子層、加熱蒸發(fā)Si原子或使有機(jī)氣體中的碳原子在基板表面有序排列為制備工藝，具有成本高昂、條件苛刻、產(chǎn)率低下等缺點(diǎn)，無(wú)法全方位很好地滿足大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)多層石墨烯的需要。如果能夠使用價(jià)格低廉且存在普遍的無(wú)定形碳材料作為原料，使其在相對(duì)較低的溫度和常壓下發(fā)生結(jié)構(gòu)重整，把原本雜亂堆疊的碳?xì)埰嘏艦槎鄬邮?，并且抑制碳原子排列重整過(guò)程中碳層堆疊數(shù)量的增加，避免結(jié)構(gòu)重整過(guò)程中得到的多層石墨烯大量轉(zhuǎn)化為石墨晶體，這樣既可以降低制備成本，簡(jiǎn)化制備條件，又可以擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模以提高多層石墨烯的產(chǎn)量。根據(jù)當(dāng)前的文獻(xiàn)檢索和專利檢索結(jié)果， 還沒有相關(guān)的研究結(jié)果和專利申報(bào)結(jié)果的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于公開一種制備多層石墨烯碳材料的方法，該方法極大地降低了制備成本，簡(jiǎn)化了制備工藝，擴(kuò)大了生產(chǎn)規(guī)模，通過(guò)這種方法可以將自制的無(wú)定形碳材料在較低的溫度和常壓下轉(zhuǎn)化為多層石墨烯。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用單質(zhì)金屬鈉作為催化劑和介質(zhì)，利用金屬鈉的高反應(yīng)活性、電子傳導(dǎo)性和傳熱性，降低了無(wú)定形碳中亂層碳?xì)埰蛞?guī)則碳層轉(zhuǎn)化的勢(shì)壘，因此可以實(shí)現(xiàn)在較低的溫度和常壓下將自制的無(wú)定形碳材料轉(zhuǎn)化為多層石墨烯。具體做法是將自制的無(wú)定形碳材料和單質(zhì)金屬鈉(碳材料與鈉的質(zhì)量比為3 7 7 幻置于惰性材料的坩堝中，然后將坩堝置于管式爐中，在氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù)下，以1 50°C /min的速率升溫至500 1000°C并保溫1 72h，再冷卻至室溫，取出產(chǎn)物用質(zhì)量濃度為65 68%的硝酸和去離子水清洗至洗液的PH值為7，最后在100°C下烘干，得到多層石墨烯碳材料。按本發(fā)明的方法制備出的多層石墨烯碳材料，其碳原子層數(shù)為3 20層。本發(fā)明所說(shuō)的自制的無(wú)定形碳材料為金屬(錳、鈷、鎳、鐵、銅、鋅中的一種)摻雜的無(wú)定形熱解炭，在自制的無(wú)定形碳材料中摻雜金屬元素，可以抑制碳原子排列重整過(guò)程中碳層堆疊數(shù)量的增加，避免結(jié)構(gòu)重整過(guò)程中得到的多層石墨烯大量轉(zhuǎn)化為石墨晶體。具體的制備方法為
第一步，無(wú)定形碳材料的制備A，先以質(zhì)量份數(shù)計(jì)量量取間苯二酚甲醛水溶液十六烷基三甲基溴化銨去離子水=1 0.8 3. 5 0.004 0.07 0 7. 5，再量取金屬乙酸鹽，金屬乙酸鹽的計(jì)量是以金屬乙酸鹽的質(zhì)量滿足間苯二酚，甲醛水溶液，十六烷基三甲基溴化銨和去離子水四種原料的總質(zhì)量的0. 5 50%為準(zhǔn)進(jìn)行的，最后將它們混合均勻，得到無(wú)定形碳材料的液態(tài)前驅(qū)體；上述甲醛水溶液為37 40%的質(zhì)量百分比濃度；上述金屬乙酸鹽為乙酸錳、乙酸鈷、乙酸鎳、乙酸亞鐵、乙酸銅或乙酸鋅中的一種；B，將所得的液態(tài)前驅(qū)體移入反應(yīng)瓶中密封，在60 90°C下加熱1 9d，然后在室溫下干燥5h 9d，再在60 110°C下干燥2 36h，得到無(wú)定形碳材料的固態(tài)前驅(qū)體；C，將所得的固態(tài)前驅(qū)體置于惰性材料坩堝中，然后將惰性材料坩堝置于管式爐中，在氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù)下，升溫至500 100(TC并保溫1 72h，再冷卻至室溫，得到無(wú)定形碳材料；第二步，多層石墨烯碳材料的制備將第一步C所得的無(wú)定形碳材料和單質(zhì)金屬鈉按碳材料與鈉的質(zhì)量比份數(shù)計(jì)量量取為3 7 7 3并置于惰性材料坩堝中，然后將惰性材料坩堝置于管式爐中，在氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù)下，以1 50°C /min的速率升溫至500 1000°C并保溫1 72h，再冷卻至室溫，取出產(chǎn)物用質(zhì)量濃度為65 68%的硝酸和去離子水清洗至洗液的pH值為7，最后在 100°C下烘干，得到含有3 20層碳原子層數(shù)的多層石墨烯碳材料；上述惰性材料坩堝是采用與活潑金屬不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的材料制成的坩堝，選用氧化鋁坩堝，或氮化硅坩堝，或氮化鋁坩堝，或氮化硼坩堝，或碳化硅坩堝。本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)和效果1.由于本發(fā)明采用市售的單質(zhì)金屬鈉作為催化劑和介質(zhì)，因此，可以實(shí)現(xiàn)在較低的溫度和常壓下無(wú)定形碳結(jié)構(gòu)的重整，極大地簡(jiǎn)化了制備工藝。2.與現(xiàn)有技術(shù)采用石墨、SiC單晶或有機(jī)氣體為原料相比，本發(fā)明用自制的金屬摻雜的無(wú)定形碳材料作為碳源，可以抑制碳原子排列重整過(guò)程中碳層堆疊數(shù)量的增加，避免結(jié)構(gòu)重整過(guò)程中得到的多層石墨烯大量轉(zhuǎn)化為石墨晶體，加上原料成本低廉且來(lái)源廣泛，因此極大地提高了多層石墨烯的產(chǎn)量，滿足了大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的要求。3.用本發(fā)明的方法制備的材料，經(jīng)循環(huán)伏安法測(cè)定在30mV/s的掃速下其比電容可以達(dá)到120F/g，經(jīng)交流阻抗法測(cè)定其內(nèi)電阻可降至1.5Ω，相比于同等測(cè)試條件下未經(jīng)結(jié)構(gòu)重整處理的自制無(wú)定形碳材料50F/g的比電容和6 Ω的內(nèi)電阻，電學(xué)性能得到了大幅度的改善，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。


圖1為本發(fā)明的的X-射線粉末衍射譜線中的a譜線為將自制的無(wú)定形碳材料于900°C結(jié)構(gòu)重整后，所得多層石墨烯樣品的X-射線粉末衍射譜線圖，譜線中出現(xiàn)了(002)和(100)兩種類型的石墨晶面層，顯示出多層石墨烯碳層晶體結(jié)構(gòu)特征；
b譜線為按本發(fā)明的方法自制的無(wú)定形碳材料未經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)重整，所得樣品的X-射線粉末衍射譜線，譜線中沒有出現(xiàn)任何類型的石墨晶面層，顯示出無(wú)定形碳的典型特征，沒有多層石墨烯碳層晶體結(jié)構(gòu)特征。圖2為本發(fā)明中的的激光拉曼譜線中的a譜線為按本發(fā)明的方法將自制的無(wú)定形碳材料于900°C結(jié)構(gòu)重整后，所得樣品的激光拉曼譜線，譜線中出現(xiàn)了 D、G、D’和G’四種類型的碳-碳鍵拉曼峰，各峰的峰形、峰位置以及峰與峰之間的強(qiáng)度比顯示出多層石墨烯中碳原子之間化學(xué)鍵的特征；b譜線為按本發(fā)明的方法自制的無(wú)定形碳材料未經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)重整，所得樣品的拉曼譜線，譜線中只出現(xiàn)了 D和G兩種類型的碳-碳鍵拉曼峰，各峰的峰形、峰位置以及峰與峰之間的強(qiáng)度比顯示出無(wú)定形碳的典型特征，沒有多層石墨烯中碳原子之間化學(xué)鍵的特征。圖3為按本發(fā)明的方法將自制的無(wú)定形碳材料于900°C結(jié)構(gòu)重整后，所得樣品的透射電子顯微鏡照片，顯示出存在大量厚度小于6. 5nm的多層石墨烯帶狀微觀結(jié)構(gòu)。圖4為按本發(fā)明的方法自制的無(wú)定形碳材料未經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)重整，所得樣品的透射電子顯微鏡照片，顯示出碳微粒雜亂排列的無(wú)定形碳典型特征，沒有多層石墨烯帶狀微觀結(jié)構(gòu)的存在。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1將反應(yīng)物間苯二酚、質(zhì)量濃度為37 40%的甲醛水溶液、十六烷基三甲基溴化銨、去離子水按間苯二酚甲醛水溶液十六烷基三甲基溴化銨去離子水= 1 1.38 0.0165 1.46的質(zhì)量比量取，量取反應(yīng)物乙酸錳(C4H6MnO4 · 4H20)是以乙酸錳質(zhì)量占上述間苯二酚，甲醛水溶液，十六烷基三甲基溴化銨和去離子水四種原料總質(zhì)量的4%比例進(jìn)行的，將它們混合均勻，得到無(wú)定形碳材料的液態(tài)前驅(qū)體；將液態(tài)前驅(qū)體移入反應(yīng)瓶中密封，在85°C下加熱5d，之后按下述的步驟在室溫下干燥2d，在60°C下干燥釙，在110°C下干燥釙，得到無(wú)定形碳材料的固態(tài)前驅(qū)體；將固態(tài)前驅(qū)體置于惰性材料的坩堝中，然后將坩堝置于管式爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下， 升溫至850°C并保溫4h，再冷卻至室溫，得到無(wú)定形碳材料；將自制的無(wú)定形碳材料和單質(zhì)金屬鈉(碳材料與鈉的質(zhì)量比為5 5)置于惰性材料的坩堝中，然后將坩堝置于管式爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以5°C /min的速率升溫至900°C 并保溫6h，再冷卻至室溫，取出產(chǎn)物用質(zhì)量濃度為65 68%的硝酸和去離子水清洗至洗液的PH值為7，最后在100°C下烘干，得到多層石墨烯碳材料。對(duì)多層石墨烯碳材料樣品分別進(jìn)行X-射線粉末衍射、激光拉曼光譜和透射電子顯微鏡分析，所得多層石墨烯碳材料樣品的X-射線粉末衍射譜線如附圖ι中的a譜線所示，所得多層石墨烯碳材料樣品的激光拉曼譜線如附圖2中的a譜線所示，所得樣品的微觀形貌如附圖3所示。按本實(shí)施例的方法制備的原料-無(wú)定形碳材料未經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)重整，所得無(wú)定形碳材料樣品的X-射線粉末衍射譜線如附圖1中的b譜線所示，所得無(wú)定形碳材料樣品的激光拉曼譜線如附圖2中的b譜線所示，所得無(wú)定形碳材料樣品的微觀形貌如附圖4 所示。實(shí)施例2
除了乙酸錳(C4H6MnO4 · 4H20)質(zhì)量占間苯二酚，甲醛水溶液，十六烷基三甲基溴化銨和去離子水四種原料總質(zhì)量的比例為9%以外，無(wú)定形碳材料的液態(tài)前驅(qū)體的制備工藝與實(shí)施例1相同。無(wú)定形碳材料的固態(tài)前驅(qū)體以及無(wú)定形碳材料的制備工藝也均與實(shí)施例1相同。多層石墨烯碳材料的制備工藝也與實(shí)施例1相同。對(duì)多層石墨烯碳材料樣品分別進(jìn)行X-射線粉末衍射、激光拉曼光譜和透射電子顯微鏡分析，所得特征也與實(shí)施例1相同。實(shí)施例3除了乙酸錳(C4H6MnO4 · 4H20)質(zhì)量占間苯二酚，甲醛水溶液，十六烷基三甲基溴化銨和去離子水四種原料總質(zhì)量的比例為15%以外，無(wú)定形碳材料的液態(tài)前驅(qū)體的制備工藝與實(shí)施例1相同。將液態(tài)前驅(qū)體移入反應(yīng)瓶中密封，在85°C下加熱4d，之后按下述的步驟在室溫下干燥2d，在60°C下干燥乩，在110°C下干燥乩，得到無(wú)定形碳材料的固態(tài)前驅(qū)體；將固態(tài)前驅(qū)體置于惰性材料的坩堝中，然后將坩堝置于管式爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下， 升溫至900°C并保溫池，再冷卻至室溫，得到無(wú)定形碳材料；將自制的無(wú)定形碳材料和單質(zhì)金屬鈉(碳材料與鈉的質(zhì)量比為4 5)置于惰性材料的坩堝中，然后將坩堝置于管式爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以10°c/min的速率升溫至950°C 并保溫池，再冷卻至室溫，取出產(chǎn)物用質(zhì)量濃度為65 68%的硝酸和去離子水清洗至洗液的PH值為7，最后在100°C下烘干，得到多層石墨烯碳材料。對(duì)多層石墨烯碳材料樣品分別進(jìn)行X-射線粉末衍射、激光拉曼光譜和透射電子顯微鏡分析，所得特征也與實(shí)施例1相同。實(shí)施例4除了乙酸錳(C4H6MnO4 · 4H20)質(zhì)量占間苯二酚，甲醛水溶液，十六烷基三甲基溴化銨和去離子水四種原料總質(zhì)量的比例為45%以外，無(wú)定形碳材料的液態(tài)前驅(qū)體的制備工藝與實(shí)施例1相同。將液態(tài)前驅(qū)體移入反應(yīng)瓶中密封，在90°C下加熱3d，之后按下述的步驟在室溫下干燥2d，在60°C下干燥12h，在110°C下干燥他，得到無(wú)定形碳材料的固態(tài)前驅(qū)體；將固態(tài)前驅(qū)體置于惰性材料的坩堝中，然后將坩堝置于管式爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下， 升溫至950°C并保溫2h，再冷卻至室溫，得到無(wú)定形碳材料；將自制的無(wú)定形碳材料和單質(zhì)金屬鈉(碳材料與鈉的質(zhì)量比為3 6)置于惰性材料的坩堝中，然后將坩堝置于管式爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以20°C /min的速率升溫至 1000°C并保溫池，再冷卻至室溫，取出產(chǎn)物用質(zhì)量濃度為65 68%的硝酸和去離子水清洗至洗液的PH值為7，最后在100°C下烘干，得到多層石墨烯碳材料。對(duì)多層石墨烯碳材料樣品分別進(jìn)行X-射線粉末衍射、激光拉曼光譜和透射電子顯微鏡分析，所得特征也與實(shí)施例1相同。實(shí)施例5將反應(yīng)物間苯二酚、質(zhì)量濃度為37 40%的甲醛水溶液、十六烷基三甲基溴化銨、去離子水按間苯二酚甲醛水溶液十六烷基三甲基溴化銨去離子水= 1 1 0.008 1的反應(yīng)物質(zhì)量比量取，按乙酸鈷(C4H6CoO4 ·4Η20)質(zhì)量占間苯二酚，甲醛水溶液，十六烷基三甲基溴化銨和去離子水四種原料總質(zhì)量的比例為4%的配方量取乙酸鈷，將它們混合均勻，得到無(wú)定形碳材料的液態(tài)前驅(qū)體；將液態(tài)前驅(qū)體移入反應(yīng)瓶中密封，在70°C下加熱7d，之后按下述的步驟在室溫下干燥ld，在60°C下干燥2h，在110°C下干燥lh，得到無(wú)定形碳材料的固態(tài)前驅(qū)體；將固態(tài)前驅(qū)體置于惰性材料的坩堝中，然后將坩堝置于管式爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下， 升溫至750°C并保溫8h，再冷卻至室溫，得到無(wú)定形碳材料；將自制的無(wú)定形碳材料和單質(zhì)金屬鈉(碳材料與鈉的質(zhì)量比為5 3)置于惰性材料的坩堝中，然后將坩堝置于管式爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以30°C /min的速率升溫至800°C 并保溫10h，再冷卻至室溫，取出產(chǎn)物用質(zhì)量濃度為65 68%的硝酸和去離子水清洗至洗液的PH值為7，最后在100°C下烘干，得到多層石墨烯碳材料。對(duì)多層石墨烯碳材料樣品分別進(jìn)行X-射線粉末衍射、激光拉曼光譜和透射電子顯微鏡分析，所得特征也與實(shí)施例1相同。實(shí)施例6將反應(yīng)物間苯二酚、質(zhì)量濃度為37 40%的甲醛水溶液、十六烷基三甲基溴化銨、去離子水按間苯二酚甲醛水溶液十六烷基三甲基溴化銨去離子水= 1 0.9 0.005 0.5的反應(yīng)物質(zhì)量比量取，按乙酸鎳(C4H6NiO4MH2O)質(zhì)量占間苯二酚， 甲醛水溶液，十六烷基三甲基溴化銨和去離子水四種原料總質(zhì)量的比例為4%的配方，量取乙酸鎳，混合均勻，得到無(wú)定形碳材料的液態(tài)前驅(qū)體；將液態(tài)前驅(qū)體移入反應(yīng)瓶中密封，在60°C下加熱9d，之后按下述的步驟在室溫下干燥12h，在60°C下干燥汕，在110°C下干燥汕，得到無(wú)定形碳材料的固態(tài)前驅(qū)體；將固態(tài)前驅(qū)體置于惰性材料的坩堝中，然后將坩堝置于管式爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下， 升溫至700°C并保溫12h，再冷卻至室溫，得到無(wú)定形碳材料；將自制的無(wú)定形碳材料和單質(zhì)金屬鈉(碳材料與鈉的質(zhì)量比為6 3)置于惰性材料的坩堝中，然后將坩堝置于管式爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以50°C /min的速率升溫至750°C 并保溫12h，再冷卻至室溫，取出產(chǎn)物用質(zhì)量濃度為65 68%的硝酸和去離子水清洗至洗液的PH值為7，最后在100°C下烘干，得到多層石墨烯碳材料。對(duì)多層石墨烯碳材料樣品分別進(jìn)行X-射線粉末衍射、激光拉曼光譜和透射電子顯微鏡分析，所得特征也與實(shí)施例1相同。實(shí)施例7除了將乙酸錳(C4H6MnO4 · 4H20)替換為乙酸亞鐵(C4H6FeO4)，乙酸亞鐵質(zhì)量占間苯二酚，甲醛水溶液，十六烷基三甲基溴化銨和去離子水四種原料總質(zhì)量的比例為以夕卜， 無(wú)定形碳材料的液態(tài)前驅(qū)體的制備工藝與實(shí)施例1相同。無(wú)定形碳材料的固態(tài)前驅(qū)體以及無(wú)定形碳材料的制備工藝均與實(shí)施例1也相同。多層石墨烯碳材料的制備工藝也與實(shí)施例1相同。對(duì)多層石墨烯碳材料樣品分別進(jìn)行X-射線粉末衍射、激光拉曼光譜和透射電子顯微鏡分析，所得特征也與實(shí)施例1相同。實(shí)施例8將反應(yīng)物間苯二酚、質(zhì)量濃度為37 40%的甲醛水溶液、十六烷基三甲基溴化銨、去離子水按間苯二酚甲醛水溶液十六烷基三甲基溴化銨去離子水=1 2 0.03 3. 5的反應(yīng)物質(zhì)量比量取，按乙酸銅(C4H6CuO4^H2O)質(zhì)量占間苯二酚，甲醛水溶液，十六烷基三甲基溴化銨和去離子水四種原料總質(zhì)量的比例為2%的配方，量取乙酸銅，混合均勻，得到無(wú)定形碳材料的液態(tài)前驅(qū)體；將液態(tài)前驅(qū)體移入反應(yīng)瓶中密封，在90°C下加熱2d，之后按下述的步驟在室溫下干燥6d，在60°C下干燥12h，在110°C下干燥12h，得到無(wú)定形碳材料的固態(tài)前驅(qū)體；將固態(tài)前驅(qū)體置于惰性材料的坩堝中，然后將坩堝置于管式爐中，在氬氣保護(hù)下， 升溫至600°C并保溫Mh，再冷卻至室溫，得到無(wú)定形碳材料；將自制的無(wú)定形碳材料和單質(zhì)金屬鈉(碳材料與鈉的質(zhì)量比為3 5)置于惰性材料的坩堝中，然后將坩堝置于管式爐中，在氬氣保護(hù)下，以2°C /min的速率升溫至650°C 并保溫Mh，再冷卻至室溫，取出產(chǎn)物用質(zhì)量濃度為65 68%的硝酸和去離子水清洗至洗液的PH值為7，最后在100°C下烘干，得到多層石墨烯碳材料。對(duì)多層石墨烯碳材料樣品分別進(jìn)行X-射線粉末衍射、激光拉曼光譜和透射電子顯微鏡分析，所得特征也與實(shí)施例1相同。實(shí)施例9將反應(yīng)物間苯二酚、質(zhì)量濃度為37 40%的甲醛水溶液、十六烷基三甲基溴化銨、去離子水按間苯二酚甲醛水溶液十六烷基三甲基溴化銨去離子水= 1 3 0.06 6的反應(yīng)物質(zhì)量比量取，按乙酸鋅(C4H6SiO4WH2O)質(zhì)量占間苯二酚，甲醛水溶液，十六烷基三甲基溴化銨和去離子水四種原料總質(zhì)量的比例為1. 5%的配方，量取乙酸鋅，混合均勻，得到無(wú)定形碳材料的液態(tài)前驅(qū)體；將液態(tài)前驅(qū)體移入反應(yīng)瓶中密封，在90°C下加熱12h，之后按下述的步驟在室溫下干燥9d，在60°C下干燥18h，在110°C下干燥18h，得到無(wú)定形碳材料的固態(tài)前驅(qū)體；將固態(tài)前驅(qū)體置于惰性材料的坩堝中，然后將坩堝置于管式爐中，在氬氣保護(hù)下， 升溫至550°C并保溫72h，再冷卻至室溫，得到無(wú)定形碳材料；將自制的無(wú)定形碳材料和單質(zhì)金屬鈉(碳材料與鈉的質(zhì)量比為3 7)置于惰性材料的坩堝中，然后將坩堝置于管式爐中，在氬氣保護(hù)下，以l°c /min的速率升溫至600°C 并保溫72h，再冷卻至室溫，取出產(chǎn)物用質(zhì)量濃度為65 68%的硝酸和去離子水清洗至洗液的PH值為7，最后在100°C下烘干，得到多層石墨烯碳材料。對(duì)多層石墨烯碳材料樣品分別進(jìn)行X-射線粉末衍射、激光拉曼光譜和透射電子顯微鏡分析，所得特征也與實(shí)施例1相同。
權(quán)利要求
1. 一種制備多層石墨烯碳材料的方法，其特征在于 第一步，無(wú)定形碳材料的制備A，先以質(zhì)量份數(shù)計(jì)量量取間苯二酚甲醛水溶液十六烷基三甲基溴化銨去離子水=1 0.8 3. 5 0.004 0.07 0 7. 5，再量取金屬乙酸鹽，金屬乙酸鹽的計(jì)量是以金屬乙酸鹽的質(zhì)量滿足間苯二酚，甲醛水溶液，十六烷基三甲基溴化銨和去離子水四種原料的總質(zhì)量的0. 5 50%為準(zhǔn)進(jìn)行的，最后將它們混合均勻，得到無(wú)定形碳材料的液態(tài)前驅(qū)體；上述甲醛水溶液是在甲醛中加水配制成濃度為37 40%質(zhì)量百分比溶液； 上述金屬乙酸鹽為乙酸錳、乙酸鈷、乙酸鎳、乙酸亞鐵、乙酸銅或乙酸鋅中的一種； B，將A步所得的無(wú)定形碳材料的液態(tài)前驅(qū)體移入反應(yīng)瓶中，密封，在60 90°C下加熱 12h 9d，然后在室溫下干燥5h 9d，再在60 110°C下干燥2 36h，得到無(wú)定形碳材料的固態(tài)前驅(qū)體；C，將B步所得的無(wú)定形碳材料的固態(tài)前驅(qū)體置于惰性材料坩堝中，然后將惰性材料坩堝置于管式爐中，在氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù)下，升溫至500 100(TC并保溫1 72h，再冷卻至室溫，得到無(wú)定形碳材料；第二步，多層石墨烯碳材料的制備將第一步所得的無(wú)定形碳材料和單質(zhì)金屬鈉按質(zhì)量比份數(shù)計(jì)量量取為碳材料鈉= 3 7 7 3，將它們置于惰性材料坩堝中，然后將惰性材料坩堝置于管式爐中，在氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù)下，以1 50°C /min的速率升溫至500 1000°C并保溫1 72h，再冷卻至室溫， 取出產(chǎn)物用質(zhì)量濃度為65 68%的硝酸和去離子水清洗至洗液的pH值為7，最后在100°C 下烘干，得到含有3 20層碳原子層數(shù)的多層石墨烯碳材料；上述惰性材料坩堝是采用與活潑金屬不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的材料制成的坩堝，選用氧化鋁坩堝，或氮化硅坩堝，或氮化鋁坩堝，或氮化硼坩堝，或碳化硅坩堝。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備多層石墨烯碳材料的方法，將自制的無(wú)定形碳材料在較低的溫度和常壓下轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄬邮┑姆椒ā０呀饘僭負(fù)诫s到自制的無(wú)定形碳材料中，在500～1000℃和氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù)下，利用單質(zhì)金屬鈉作為催化劑和介質(zhì)，可以使自制的無(wú)定形碳材料轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄬邮┨疾牧稀１景l(fā)明可以在相對(duì)較低的溫度和常壓下實(shí)現(xiàn)無(wú)定形亂層碳向多層石墨烯的轉(zhuǎn)變，并且抑制碳原子排列重整過(guò)程中碳層堆疊數(shù)量的增加，避免結(jié)構(gòu)重整過(guò)程中得到的多層石墨烯大量轉(zhuǎn)化為石墨晶體，本發(fā)明的多層石墨烯碳材料在傳感器、電容器、催化、儲(chǔ)能等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C01B31/04GK102515150SQ20111040422
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者吉濤, 夏炳忠, 徐子頡, 蔡?hào)|輝, 黃慧瑩 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)