[發(fā)明專利]制備基于核-殼石墨烯/聚丙烯腈的碳納米球的方法

在審

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• 申請日: 2017-08-14
• 公開（公告）號: CN109384215A
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳成猛;孫國華;蘇方遠(yuǎn);劉云陽;伊哈卜·N·烏達(dá)
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所;沙特基礎(chǔ)工業(yè)全球技術(shù)公司
• 主分類號: C01B32/15
• 分類號: C01B32/15;C01B32/184;B82Y40/00
• 代理公司: 北京柏杉松知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11413
• 代理人: 王春偉;劉繼富

本發(fā)明公開了一種制備碳核?石墨烯殼材料的方法。該方法可以包括獲得包含分散在液體介質(zhì)中的接枝氧化石墨烯材料和可聚合的碳材料的分散體，使分散體中可聚合的碳材料聚合以獲得分散在液體介質(zhì)中的涂覆接枝氧化石墨烯的經(jīng)聚合的碳材料，從分散體蒸發(fā)液體介質(zhì)，加熱涂覆接枝氧化石墨烯的經(jīng)聚合的碳材料以獲得碳核?石墨烯殼材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般涉及制備碳核-石墨烯殼材料的方法。具體地，本方法涉及使可聚合的碳材料在氧化石墨烯的存在下聚合以獲得涂覆氧化石墨烯的經(jīng)聚合的碳材料?？梢约訜嵬扛惭趸┑慕?jīng)聚合的碳材料以獲得碳核-石墨烯殼材料。

背景技術(shù)

由于基于聚丙烯腈(PAN)的碳納米球的納米結(jié)構(gòu)級、高含氮基團(tuán)、輕重量、抗腐蝕性和高熱穩(wěn)定性，其已被廣泛地應(yīng)用于如吸附、催化劑載體、涂料和能量儲存領(lǐng)域中。例如，Li等人的中國專利公開第101983918號描述了通過將聚丙烯腈的二甲基亞砜(DMSO)溶液逐滴滴定到固化溶液中，然后空氣氧化和碳化來制備毫米級的基于PAN的碳球。由此獲得的碳球具有較差的球度，緩慢的滴定速率限制了商業(yè)級生產(chǎn)。在另一個(gè)實(shí)例中，Yang等人的中國專利公開第101219784號描述了通過無皂乳液聚合、預(yù)氧化和碳化合成基于PAN的碳納米球，其粒度為230nm至250nm。該方法由于-CN鍵的交聯(lián)而遭遇了碳納米球的團(tuán)聚。在又一個(gè)實(shí)例中，Yang等人(Carbon 2008,46,1816–1818)制備了粒度為約50nm的基于PAN的碳納米球，然后用磷酸鈦涂覆納米球以促進(jìn)基于PAN的碳納米球的單分散性。

盡管已知獲得碳納米球的各種方法，這些方法可以是復(fù)雜的或?qū)τ谏虡I(yè)生產(chǎn)是低效的。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)現(xiàn)了為與制備單分散的碳納米球相關(guān)的前述問題提供的解決方案。該方法在于一種簡潔的方法，其利用可聚合碳材料在氧化石墨烯存在下的聚合以形成分散在液體介質(zhì)中的涂覆氧化石墨烯的經(jīng)聚合的碳材料。可以將液體介質(zhì)移除，可以加熱涂覆氧化石墨烯的經(jīng)聚合的碳材料以使碳材料碳化并形成單分散的碳核-石墨烯殼材料。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，碳核-石墨烯殼材料是具有高電導(dǎo)率和高比表面積的基于PAN的碳/石墨烯。不希望受理論束縛，認(rèn)為由于氧化石墨烯殼使納米球的團(tuán)聚減少，其分離了經(jīng)聚合的碳材料(例如PAN)納米球。在加熱制備碳核期間，氧化石墨烯可以被熱還原為石墨烯以提供高電導(dǎo)率。