[發明專利]一種生物內殼基碳材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710588666.7
• 申請日: 2017-07-19
• 公開（公告）號: CN107176599B
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發明（設計）人: 王麗秋;劉洋;侯亞娟;張興海;劉學龍;張曉博;鄭立輝;郭晨曉
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05
• 代理公司: 秦皇島一誠知識產權事務所(普通合伙) 13116
• 代理人: 續京沙

技術領域

本發明涉及一種碳材料及其制備方法。

背景技術

生物基碳材料因其原料可再生、來源廣、價格低和無污染等優點成為新型碳材料的來源和研究熱點，并在眾多領域中得到了廣泛應用，如超級電容器、燃料電池、鋰離子電池、吸附材料、光催化復合材料、分子篩膜及催化劑載體等。

生物基碳材料的制備方法主要有水熱碳化法和直接碳化法兩種。直接碳化法是將生物質前驅體在無氧的環境中加熱至300-1000℃而進行的裂解，所制得的碳材料導電性高、比表面積大。裂解條件分為慢速裂解、中速裂解和快速裂解，其特點是可根據裂解條件的控制，調控產物的形貌和性能，已成為應用最廣泛的碳材料制備方法。

雖然目前已有生物質如各種花朵、花生殼、榴蓮殼、酸棗殼、荷葉、水綿、柚子皮及油茶籽殼等，被制作成為不同形貌和性能的碳材料，但仍遠遠滿足不了目前科學技術的進步以及社會發展的需要。

發明內容

本發明的目的在于提供一種利用可再生的生物資源開發性能優良的生物內殼基碳材料及制備方法。

本發明的碳材料是以槍烏賊羽狀內殼為原料，經過酸和/或堿處理后，在惰性氣體氛圍下，經高溫裂解碳化而獲得的一種仍保留相應多孔道薄片狀的生物內殼基碳材料。

本發明的制備方法如下：

(1)將槍烏賊羽狀內殼洗凈，在0-6mol/L酸或堿的水溶液中浸泡0-48小時，然后用蒸餾水洗凈晾干，得到槍烏賊羽狀內殼生物質前驅體。其中，所用的酸為H₂SO₄、HCl、HNO₃或CH₃COOH，堿為NaOH或KOH。

(2)將步驟(1)中制得的槍烏賊羽狀內殼生物質前驅體在N₂或Ar等惰性氣體保護下，在450℃-900℃下裂解碳化0.5-8小時，得到一種生物內殼基碳材料。

本發明與現有碳材料相比有如下優點：

1、本發明所制備的生物內殼基碳材料，采用的生物質前驅體是一種槍烏賊內殼，即一種透明的羽狀生物材料，薄而輕，顯微結構呈層狀，且存在多重孔道，碳化后所得的碳材料仍保留相應多孔道薄片狀，是一種具有特定形貌的新型碳材料。

2、本發明所制得的這種多孔道薄片形貌的碳材料可以作為超級電容器和太陽能電池等的電極或電解質等的基體或填充材料，還可以作為催化劑、助催化劑或載體等，以提高相應材料及器件的性能。

3、本發明所采用的槍烏賊羽狀內殼、經過酸堿處理后的槍烏賊羽狀內殼前驅體以及由其制備的生物基碳材料，可作為模板物質，制備各種多孔道形貌的無機、有機或無機-有機復合材料等。

4、本發明的碳材料的制備方法簡單，易于操作和控制，原料來源廣、成本低、對環境無污染。

附圖說明

圖1是本發明中所采用的槍烏賊羽狀內殼的照片圖。

圖2是本發明所制備得到的生物內殼基碳材料的照片圖。

圖3是為本發明所制得的生物內殼基碳材料的掃描電鏡圖。

圖4是本發明所制得的生物內殼基碳材料的X衍射圖。

圖5是本發明所制得的生物內殼基碳材料的拉曼譜圖。

對上述附圖說明如下：從圖1可以看出槍烏賊內殼為透明羽狀，其薄片內部有細小的管狀脈絡。從圖2可以看出生物內殼基碳材料外觀為黑色碎片，薄片表面具有金屬光澤。該生物內殼基碳材料經研磨后的掃描電鏡圖如圖3所示，其為具有一定厚度的薄片，上面分布著多重管式溝槽，邊緣處可見層狀條紋，呈現著內殼內部中空管道式結構。從圖4的X衍射圖可以看出，生物內殼基碳材料主要在2θ＝22°處出現了特征衍射峰，而在2θ＝43°處的峰很弱，分別代表著亂層石墨的(002)和(100)晶面，說明槍烏賊內殼經高溫裂解處理之后，形成了類六方石墨結構，但衍射峰呈饅頭狀，說明其屬無定型碳材料。從圖5的拉曼譜圖可以看出，生物內殼基碳材料的D峰和G峰，分別出現在1320cm^-1和1580cm^-1處。

具體實施方式：

實施例1

(1)將槍烏賊羽狀內殼洗凈，在6mol/L NaOH水溶液中浸泡24h，然后用蒸餾水洗凈晾干，得到槍烏賊羽狀內殼生物質前驅體。

(2)將步驟(1)中制得的槍烏賊羽狀內殼生物質前驅體在N₂保護下，在700℃下裂解碳化3小時，制備得到一種生物內殼基碳材料。

實施例2