[發明專利]一種碳納米材料的合成方法與應用

有效

• 申請號: 201710244399.1
• 申請日: 2017-04-14
• 公開（公告）號: CN106865527B
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 梁海偉;許實龍;吳振禹
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: C01B32/15
• 分類號: C01B32/15;B82Y40/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵

本發明提供了一種碳納米材料的合成方法，包括步驟：A)將有機小分子、過渡金屬鹽與溶劑混合，再去除溶劑，得到混合物；B)將所述混合物進行高溫熱解，得到第一碳納米材料；C)將所述第一碳納米材料進行刻蝕以刻蝕掉金屬顆粒，得到第二碳納米材料；D)將所述第二碳納米材料進行高溫熱解，得到碳納米材料。同時，本申請還提供了一種碳納米材料的合成方法，在步驟A)中包括原料SiO₂小球，且在步驟B)與步驟C)之間更加了步驟B)＇：將所述第一碳納米材料進行刻蝕，得到具有介孔的碳納米材料。上述碳納米材料的合成方法原料來源廣泛，具有普適性。同時本申請合成的碳納米材料作為電催化或有機催化的催化劑具有較高的活性與穩定性。

技術領域

本發明涉及納米材料技術領域，尤其涉及碳納米材料的合成方法與應用。

背景技術

碳材料由于具有優異的化學穩定性、熱穩定性與高的導電性等性能，廣泛應用于許多科學技術領域，包括水的凈化、催化、分離、氣體傳感、采集、儲能(燃料電池、超級電容器、鋰硫電池)等方面。通常，碳材料合成是對有機前驅體的直接碳化。研究表明，有機前驅體的化學性質影響到最終碳材料的結構、性質和性能。碳材料有特征的結構性質，比如，從無定型的碳到完全有序的石墨晶體結構，它們的物理性質，比如介觀有序、比表面積、孔體積與石墨化程度，碳前驅體的官能團都會影響它們的電化學性能，同時含雜原子的前驅體，比如N、S或O的摻雜對碳材料的導電性、堿性和氧化穩定性，甚至在穩定貴金屬方面都具有顯著地效果。

目前，合成碳材料的方法主要有：1)通過對一些天然或人工合成的聚合物進行碳化形成碳材料，比如：聚丙烯腈和酚醛樹脂等。但是它們有一些弊端-聚合物形成過程中的分散性不好以及復雜的合成途徑：在碳化之前的預聚合過程中，酸或者金屬催化劑的添加是必要的；聚合步驟緩慢和不純的催化劑對于實際生產是不利的；2)一些高揮發性的小分子比如苯或乙腈，通過化學沉積法(CVD)合成碳材料，但是需要苛刻的條件；3)最近，離子液體受到科學研究者的關注，成為了一種合成碳材料的新方法，但是只有極少數的氰基/含腈非質子性的離子液體可以形成碳材料；4)在非質子性離子液體的基礎上，一種新型的離子液體-質子化的離子液體，通過含氮的有機小分子與堿形成質子化的離子液體/離子鹽，形成碳材料；但是選取合成的離子液體的有機分子只能含有N的雜原子，所以合成出的碳材料受到一定程度的限制。上述合成碳材料的方法不具有普適性，且條件苛刻。

發明內容

本發明解決的技術問題在于提供一種碳納米材料的合成方法，本申請提供的碳納米材料的合成方法具有普適性。

本申請提供了一種碳納米材料的合成方法，包括以下步驟：

A)，將有機小分子、過渡金屬鹽與溶劑混合，再去除溶劑，得到混合物；

B)，將所述混合物進行高溫熱解，得到第一碳納米材料；

C)，將所述第一碳納米材料進行刻蝕以刻蝕掉金屬顆粒，得到第二碳納米材料；

D)，將所述第二碳納米材料進行高溫熱解，得到碳納米材料。

本申請還提供了一種碳納米材料的合成方法，包括以下步驟：

A)，將有機小分子、SiO₂小球、過渡金屬鹽與溶劑混合，再去除溶劑，得到混合物；

B)，將所述混合物進行高溫熱解，得到第一碳納米材料；

B)＇，將所述第一碳納米材料進行刻蝕，得到具有介孔的碳納米材料；

C)，將所述具有介孔的碳納米材料進行刻蝕以刻蝕掉金屬顆粒，得到第二碳納米材料；

D)，將所述第二碳納米材料進行高溫熱解，得到碳納米材料。