本發(fā)明涉及一種碳納米球的制備方法，具體為一種具有層次孔高石墨化程度碳納米球的制備方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)下的碳電極材料大部分是石墨和活性炭，雖然石墨的導(dǎo)電性好，但是孔隙度低，吸附效率低；活性炭雖然孔隙度高，但是由于是無(wú)定型碳材料，所以導(dǎo)電性比較差，而且活性炭的孔大部分屬于微孔，在有機(jī)電解液中，電解質(zhì)分子比較大，活性炭的孔隙不能充分被利用。

碳球具有直徑可調(diào)，制備簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。但是碳球用作電極材料時(shí)，能被利用的孔隙僅在碳球的外表面，碳球內(nèi)表面的空間結(jié)構(gòu)不能充分地被利用；即便是在催化反應(yīng)中，碳球作為納米金屬氧化物載體時(shí)，碳球結(jié)構(gòu)上能被利用的也只有碳球的表面，這必然導(dǎo)致了碳球的浪費(fèi)，比如haoyongyin等人發(fā)表在2016年sensorsandactuatorsb222期的第1018-1023頁(yè)的論文中，用碳球作為cu/cu2o的載體，但是碳球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并沒(méi)有充分地被利用；linjingyang等人發(fā)表在2016年的nanoenergy22期的第490-498頁(yè)的論文中，他們用碳球作為mos2的載體用在氫氣催化反應(yīng)中，碳球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并沒(méi)有充分利用。制備碳納米球成本最低的方法是水熱方法，但是水熱制備的碳納米球石墨化程度低，導(dǎo)電性差。為了提高水熱碳球的石墨化程度，需要在2000°c左右的溫度下進(jìn)行石墨化，這樣石墨化碳球的制備成本太高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種具有層次孔高石墨化程度碳納米球的制備方法，制得的碳球成本低廉易得，并且碳球直徑可調(diào)，孔隙度高，微孔數(shù)量孔徑可調(diào)，石墨化程度高，導(dǎo)電性好。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種具有層次孔高石墨化程度碳納米球的制備方法，其特征在于方法步驟如下：

（1）以葡萄糖等生物質(zhì)材料為原料、以鎳鹽或者鈷鹽為造孔劑和石墨化催化劑；

（2）取葡萄糖或者淀粉100份、硝酸鎳或者硝酸鈷100份-1000份、陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉或者十二烷基硫酸鈉10份-15份，置入400-4000份水，超聲攪拌至分散均勻；

（3）然后將上述分散液置入水熱反應(yīng)釜中，在180°c-250°c之間反應(yīng)5h-10h；

（4）將水熱反應(yīng)后的無(wú)定型碳球用酒精、蒸餾水重復(fù)清洗，烘干；

（5）將烘干的無(wú)定型碳材料置入加熱爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛中，用800°c-1100°c熱處理3小時(shí)；

（6）將上述樣品用3.0m的酸在60度水浴中清洗，最后用蒸餾水清洗，然后烘干。

本發(fā)明中所述生物質(zhì)材料為葡萄糖、淀粉、葡萄糖酸鎳、葡萄糖酸鈷。

本發(fā)明中所述鎳鹽或者鈷鹽具體為硝酸鎳、硝酸鈷、氯化鎳、氯化鈷、硫酸鎳、硫化鈷。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）原料多是生物質(zhì)材料，比如葡萄糖、淀粉等，來(lái)源豐富，成本低廉。（2）本發(fā)明采用水熱法制備，反應(yīng)過(guò)程綠色環(huán)保，制備方法簡(jiǎn)單。（3）本發(fā)明制得的碳球直徑可調(diào)，通過(guò)調(diào)控原料的加入比例和反應(yīng)溫度控制碳球直徑的大小。（4）本發(fā)明中用鎳鹽或者鈷鹽同時(shí)作為石墨化催化劑和造孔劑，工序簡(jiǎn)單。（5）本發(fā)明由于鎳鹽和鈷鹽的存在，導(dǎo)致石墨化處理溫度低，耗能減少。（6）本發(fā)明通過(guò)調(diào)控鎳鹽或者鈷鹽含量的變化，可以控制碳球的石墨化程度，導(dǎo)電率和孔隙大小。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明制得的生物碳球的外觀圖。

圖2為本發(fā)明在700°c、800°c、900°c的熱處理溫度下碳球的xrd圖（表征碳球的石墨化程度）。

圖3為本發(fā)明不同鎳鹽或者鈷鹽含量得到的碳球的xrd圖（表征碳球的石墨化程度）。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例一：

一種具有層次孔高石墨化程度碳納米球的制備方法，其特征在于方法步驟如下：

（1）以葡萄糖等生物質(zhì)材料為原料、以鎳鹽或者鈷鹽為造孔劑和石墨化催化劑；

（2）取葡萄糖或者淀粉2g、硝酸鎳或者硝酸鈷4g、陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉或者十二烷基硫酸鈉0.1g，置入30g水，超聲攪拌至分散均勻；

（3）然后將上述分散液置入水熱反應(yīng)釜中，在220°c之間反應(yīng)8h；

（4）將水熱反應(yīng)后的無(wú)定型碳球用酒精、蒸餾水重復(fù)清洗，烘干；

（5）將烘干的無(wú)定型碳材料置入加熱爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛中，用900°c熱處理3小時(shí)；

（6）將上述樣品用3.0m的酸在60°c水浴中清洗，最后用蒸餾水清洗，然后烘干。

（7）最終得到的碳球表面有明顯的少量的孔，碳球表面非常光滑，結(jié)晶度較高。

實(shí)施例二：

一種具有層次孔高石墨化程度碳納米球的制備方法，其特征在于方法步驟如下：

（1）以葡萄糖等生物質(zhì)材料為原料、以鎳鹽或者鈷鹽為造孔劑和石墨化催化劑；

（2）取葡萄糖或者淀粉2g、硝酸鎳或者硝酸鈷6g、陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉或者十二烷基硫酸鈉0.1g，置入30g水，超聲攪拌至分散均勻；

（3）然后將上述分散液置入水熱反應(yīng)釜中，在220°c之間反應(yīng)8h；

（4）將水熱反應(yīng)后的無(wú)定型碳球用酒精、蒸餾水重復(fù)清洗，烘干；

（5）將烘干的無(wú)定型碳材料置入加熱爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛中，用900°c熱處理3小時(shí)；

（6）將上述樣品用3.0m的酸在60度水浴中清洗，最后用蒸餾水清洗，然后烘干。

（7）最終得到的碳球表面有明顯的較多的孔，碳球表面非常光滑，結(jié)晶度進(jìn)一步提高。

實(shí)施例三：

一種具有層次孔高石墨化程度碳納米球的制備方法，其特征在于方法步驟如下：

（1）以葡萄糖等生物質(zhì)材料為原料、以鎳鹽或者鈷鹽為造孔劑和石墨化催化劑；

（2）取葡萄糖或者淀粉2g、硝酸鎳或者硝酸鈷8g、陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉或者十二烷基硫酸鈉0.1g，置入30g水，超聲攪拌至分散均勻；

（3）然后將上述分散液置入水熱反應(yīng)釜中，在220°c之間反應(yīng)8h；

（4）將水熱反應(yīng)后的無(wú)定型碳球用酒精、蒸餾水重復(fù)清洗，烘干；

（5）將烘干的無(wú)定型碳材料置入加熱爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛中，用900°c熱處理3小時(shí)；

（6）將上述樣品用3.0m的酸在60度水浴中清洗，最后用蒸餾水清洗，然后烘干。

（7）最終得到的碳球表面有明顯的非常多的孔，碳球表面非常光滑，結(jié)晶度進(jìn)一步提高。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種具有層次孔高石墨化程度碳納米球的制備方法，包括以下步驟：（1）將葡萄糖等生物質(zhì)材料、鎳鹽或者鈷鹽、陰離子表面活性劑在蒸餾水中攪拌混勻后，置入水熱反應(yīng)釜中，加熱恒溫一定時(shí)間；（2）將得到的上述無(wú)定型碳材料置入氮?dú)獗Ｗo(hù)的加熱爐中，加熱保溫一定時(shí)間；（3）將上述得到的碳材料用稀酸清洗，最后用蒸餾水清洗烘干，得到成品。本發(fā)明制得的碳球成本低廉易得，并且碳球直徑可調(diào)，孔隙度高，微孔數(shù)量孔徑可調(diào)，石墨化程度高，導(dǎo)電性好。

技術(shù)研發(fā)人員：張永毅;馮智富
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所南昌研究院
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.24
技術(shù)公布日：2017.10.24