[發(fā)明專利]含氮的石墨化空心碳微球的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210128545.1
• 申請日: 2012-04-27
• 公開（公告）號: CN102637533A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發(fā)明（設計）人: 趙輝;馬方偉;孫麗萍;李強;霍麗華
• 申請（專利權）人: 黑龍江大學
• 主分類號: H01G9/042
• 分類號: H01G9/042;H01M4/38;H01M4/66;C01B31/04
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 韓末洙

技術領域

本發(fā)明涉及空心碳微球的制備方法。

背景技術

石墨化碳空心球因具有密度小、穩(wěn)定性好和可填充中空結構等特點，受到了研究者的廣泛關注。含氮的石墨化空心碳微球具有的特殊組成和微觀結構，使其在新能源、生物醫(yī)藥、環(huán)境污染治理等諸多方面表現出良好的應用前景。現有的含氮的石墨化空心碳微球的制備方法都是利用模板法首先合成樹脂微球，然后通過熱裂解得到最終產物。模板劑的引入不但使制備過程復雜化，提高制備成本，并且在后續(xù)的去除模板劑過程也容易造成環(huán)境污染。因而開發(fā)一種無模板的簡單制備方法尤其必要。

發(fā)明內容

本發(fā)明是要解決現有的含氮的石墨化空心碳微球的制備方法因利用模板劑而使制備過程復雜、成本提高的技術問題，而提供含氮的石墨化空心碳微球的制備方法。

本發(fā)明的含氮的石墨化空心碳微球的制備方法按以下步驟進行：

一、將三聚氰胺粉末與質量濃度為37％的甲醛溶液加入到去離子水中，調節(jié)pH值至5.5～9.0，然后加熱至40～60℃并攪拌10min～30min，再升溫至80～90℃并靜置10min～30min，得到反應液；其中三聚氰胺與甲醛的摩爾比為(1.5～6)∶1；

二、將步驟一得到的反應液轉移至內襯有聚四氟乙烯的不銹鋼水熱反應釜中，密封后，并放在溫度為120～200℃的烘箱內反應3～12h，取出反應釜自然冷卻至室溫，將得到的產物離心分離，再將固相物依次用去離子水和無水乙醇洗滌，室溫晾干后，得到三聚氰胺樹脂微球；

三、將步驟二得到的三聚氰胺樹脂微球放到石英管式爐內，通入流速為10～100mL/min的高純氮氣保護，并以1～10℃/min的速度將石英管式爐升溫至600～800℃并保溫2～12h，再隨爐冷卻到室溫，得到含氮的石墨化空心碳微球。

其中步驟三中所述的高純氮氣中氮氣的質量百分數≥99.99％。

本發(fā)明先采用水熱法合成合成的平均直徑為2～7微米的單一分散的三聚氰胺樹脂微球，然后再用熱分解碳化法熱裂解得到平均直徑為1～5微米含氮的石墨化空心碳微球。制備過程中不用添加模板劑和催化劑，合成方法制備過程簡單，成本低，易于大規(guī)模生產。得到的含氮的石墨化空心碳微球可用于電化學超級電容器、鋰離子電池、燃料電池等領域作為電極材料或者電極活性物質的載體材料使用。

附圖說明

圖1是試驗一經步驟二得到的三聚氰胺樹脂微球的掃描電鏡照片；

圖2是試驗一經步驟二得到的破碎的三聚氰胺樹脂微球的掃描電鏡照片；

圖3是試驗一經步驟三得到的含氮的石墨化空心碳微球的掃描電鏡照片；

圖4為本試驗一制備的含氮的石墨化空心碳微球的高倍透射電鏡照片；

圖5為本試驗一制備的含氮的石墨化空心碳微球的XRD譜圖；

圖6為本試驗一制備的含氮的石墨化空心碳微球的拉曼光譜圖；

圖7為本試驗一制備的含氮的石墨化空心碳微球N1sXPS譜圖。

具體實施方式

具體實施方式一：本實施方式的含氮的石墨化空心碳微球的制備方法按以下步驟進行：

一、將三聚氰胺粉末與質量濃度為37％的甲醛溶液加入到去離子水中，調節(jié)pH值至5.5～9.0，然后加熱至40～60℃并攪拌10min～30min，再升溫至80～90℃并靜置10min～30min，得到反應液；其中三聚氰胺與甲醛的摩爾比為(1.5～6)∶1；

二、將步驟一得到的反應液轉移至內襯有聚四氟乙烯的不銹鋼水熱反應釜中，密封后，并放在溫度為120～200℃的烘箱內反應3～12h，取出反應釜自然冷卻至室溫，將得到的產物離心分離，再將固相物依次用去離子水和無水乙醇洗滌，室溫晾干后，得到三聚氰胺樹脂微球；

三、將步驟二得到的三聚氰胺樹脂微球放到石英管式爐內，通入流速為10～100mL/min的高純氮氣保護，并以1～10℃/min的速度將石英管式爐升溫至600～800℃并保溫2～12h，再隨爐冷卻到室溫，得到含氮的石墨化空心碳微球。

本實施方式先采用水熱法合成合成的平均直徑為2～7微米的單一分散的三聚氰胺樹脂微球，然后再用熱分解碳化法熱裂解得到含氮的石墨化空心碳微球。制備過程中不用添加模板劑和催化劑，合成方法制備過程簡單，成本低，易于大規(guī)模生產。得到的含氮的石墨化空心碳微球可用于電化學超級電容器、鋰離子電池、燃料電池等領域作為電極材料或者電極活性物質的載體材料使用。