[發明專利]一種中空碳納米球及其制備方法

有效

• 申請號: 201710447927.3
• 申請日: 2017-06-14
• 公開（公告）號: CN109081323B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 周志紅;楊文勝;陳旭;林偉國;榮峻峰
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油化工科學研究院
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;C01B32/15;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京英創嘉友知識產權代理事務所(普通合伙) 11447
• 代理人: 鄭永勝;周建秋

本公開涉及一種中空碳納米球及其制備方法，所述中空碳納米球的外徑為20?100納米，球殼厚度0.4?3.2納米，比表面積為600?900米²/克，所述比表面積采用GB/T5816?1995標準方法進行測定。本公開提供的中空碳納米球比表面積大，電化學性能好；本公開提供的中空碳納米球的制備方法成本低。

技術領域

本公開涉及碳納米材料技術領域，具體地，涉及一種中空碳納米球及其制備方法。

背景技術

隨著科研工作者對不同類型碳材料的深入探究，薄殼中空碳納米球由于其高比表面積、高孔體積、優良的導電性、穩定的化學性質，被廣泛應用于催化劑載體、分離材料、超級電容器及鋰離子電池電極材料等領域。當通過將雜原子摻入到碳材料時，可以使其在儲能領域的應用前景更加廣闊。

目前用于合成中空碳納米球的方法多為模板法、有機物高溫熱解法、氣相沉積法、激光蒸餾法、電弧放電法等。其中模板法作為一種形貌可控性好的方式，常被用來制備薄殼中空碳納米碳球，同時有利摻雜元素的加入。

在文獻Template-free synthesis of interconnected hollow carbonnanospheres for high-performance anode material in lithium-ion batteries(Adv.Energy Mater.,2011,1,798–801)中，Fu-Dong Han等人首先把鋅與碳源葡萄糖放入不銹鋼高壓反應釜中，加熱到550℃并保持10h，待反應結束后用稀鹽酸洗滌，放于50℃烘箱中干燥10h，得到粒徑80nm壁厚10nm的中空碳納米球，比表面積為270m²g^-1，可用作鋰電負極的活性物質。

現有中空碳納米球具有比表面積偏低、電化學性能較差、成本較高、難以大規模應用等缺點。

發明內容

本公開的目的是提供一種中空碳納米球及其制備方法，本公開提供的中空碳納米球比表面積大，超電容性能好；本公開提供的中空碳納米球的制備方法成本低。

為了實現上述目的，本公開提供一種中空碳納米球，所述中空碳納米球的外徑為20-100納米，球殼厚度為0.4-3.2納米，比表面積為600-900米²/克，所述比表面積采用GB/T5816-1995標準方法進行測定。

可選的，所述中空碳納米球的球殼厚度為1-2納米。

可選的，以原子的個數計并以所述中空碳納米球中原子總個數為基準，所述中空碳納米球中硫原子的原子分數為2.0-4.0％，氮原子的原子分數為2.0-3.0％。

本公開還提供一種所提供的中空碳納米球的制備方法，該方法包括：

a、將渣油和球形納米氧化鎂顆粒分散在有機溶劑中，得到懸浮液；其中，所述球形納米氧化鎂顆粒的粒徑為20-100納米；

b、將步驟a中所得懸浮液中的有機溶劑去除，得到含有渣油和球形納米氧化鎂顆粒的固液混合物；

c、將步驟b中所得固液混合物在保護氣氛下進行碳化處理以使渣油碳化，得到固體產物；

d、將步驟c中所得固體產物在酸溶液中進行酸洗處理以去除球形納米氧化鎂顆粒，得到中空碳納米球。

可選的，在步驟a中，所述渣油、有機溶劑和球形納米氧化鎂顆粒的重量比為1：(10-80)：(1-10)。

可選的，在步驟a中，所述渣油、有機溶劑和球形納米氧化鎂顆粒的重量比為1：(20-50)：(2-5)。

可選的，所述有機溶劑為選自甲苯、乙苯、苯和石油醚中的至少一種，所述渣油為選自常壓渣油、減壓渣油、深拔蠟油、輕脫瀝青油和焦化蠟油中的至少一種。