[發(fā)明專利]一種基于珍珠層的碳納米篩及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811228796.0
• 申請(qǐng)日: 2018-10-22
• 公開（公告）號(hào): CN111072010B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李朝旭;李明杰;韓笑
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號(hào): C01B32/15
• 分類號(hào): C01B32/15
• 代理公司: 沈陽(yáng)科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 李穎

本發(fā)明涉及碳納米篩材料的制備方法，尤其涉及一種基于珍珠層的碳納米篩及其制備方法。利用水產(chǎn)軟體動(dòng)物外殼獲得珍珠層，在經(jīng)酸液處理獲得珍珠層中的有機(jī)物，而后清洗，再分散于溶劑中，超聲剝離成有機(jī)納米片，碳化處理即得碳納米篩。本發(fā)明方法所制備的二維碳納米篩具有大比表面積、層級(jí)孔道結(jié)構(gòu)、高導(dǎo)電性和溶劑分散性等優(yōu)點(diǎn)。這種材料可以廣泛用作電極材料、吸附材料、催化劑及催化劑載體、儲(chǔ)氫材料和電吸附除鹽電極材料等等；本發(fā)明提供的制備二維碳納米篩的方法操作簡(jiǎn)單，成本低廉，便于工業(yè)化生產(chǎn)，且有助于緩解水產(chǎn)固廢污染。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及碳納米篩材料的制備方法，尤其涉及一種基于珍珠層的碳納米篩及其制備方法。

背景技術(shù)

如何用綠色高效的方法大規(guī)模制備低維碳納米材料，一直是材料科學(xué)和納米技術(shù)所面臨的一項(xiàng)技術(shù)難題。尤其是碳納米篩(一種具有面內(nèi)通孔的二維碳納米材料)，它具有高比表面積、超大孔隙率，在催化、分離、傳感、能量轉(zhuǎn)換與儲(chǔ)存等眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值。比如，近年來(lái)備受關(guān)注的石墨烯碳納米篩(碳納米篩的一種)，其常用制備技術(shù)包括掩模光刻法、氧化劑或催化劑局部氧化法等(Carbon,2015,86:197-206)。除此之外，在特定的無(wú)機(jī)模板上采用化學(xué)氣相沉積法(CVD)也自下而上生長(zhǎng)石墨烯納米篩。然而，在大多數(shù)情況下，這些石墨烯納米篩制備技術(shù)普遍存在產(chǎn)率低、制備流程繁瑣、環(huán)境污染、成本高等問題。

最近，石墨烯納米篩以外的碳納米篩材料也被陳成功制備并引起了巨大關(guān)注。如通過碳化層狀有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合材料(如層狀MgO模板材料嵌入明膠)、化學(xué)法刻蝕(如使用KOH)二維碳納米片(Advanced Energy Materials,2012,2(4):419-424)等方法。直接碳化層狀有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合材料的策略極具吸引力，但是它仍然存在模板制備繁瑣、耗時(shí)且效率低等問題。化學(xué)刻蝕通常導(dǎo)致碳納米篩孔徑分布不均勻，并且刻蝕過程損失部分碳質(zhì)，造成產(chǎn)率較低。尋求更加高效、綠色環(huán)保的碳納米篩制備方法具有重要的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用意義。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種操作簡(jiǎn)單，成本低廉，綠色可再生，便于工業(yè)化的一種基于珍珠層的碳納米篩及其制備方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用技術(shù)方案為：

一種基于珍珠層的碳納米篩的制備方法，利用水產(chǎn)軟體動(dòng)物外殼獲得珍珠層，在經(jīng)酸液處理獲得珍珠層中的有機(jī)物，而后清洗，再分散于溶劑中，碳化處理即得碳納米篩。所述碳化所得粗品冷卻到室溫后，依次使用稀酸和水洗滌除去灰分，干燥得到二維碳納米篩。

進(jìn)一步的說(shuō)，將水產(chǎn)軟體動(dòng)物外殼清洗、拋光打磨得珍珠層，在經(jīng)酸液處理提取珍珠層中的有機(jī)物，用水洗滌干凈至中性，而后分散于溶劑中，水浴超聲剝離得到二維多孔有機(jī)納米片，將所得二維多孔有機(jī)納米片在惰性氣體的保護(hù)下碳化處理即得碳納米篩。

再進(jìn)一步的說(shuō)，

1)用水清洗除去水產(chǎn)軟體動(dòng)物外殼的表面沉積物。然后拋光打磨，除去表殼層和棱柱層，提取純化珍珠層；

2)利用酸處理除去步驟1)所得的珍珠層中的無(wú)機(jī)物，并用水洗滌干凈至中性，提取有機(jī)成分；

3)將2)得到的有機(jī)物分散在溶劑中，水浴超聲剝離得到二維多孔有機(jī)納米片，干燥得到固體樣品；

4)在惰性氣體的保護(hù)下，將步驟3)所得固體二維有機(jī)片加熱碳化；

5)將步驟4)碳化所得產(chǎn)品冷卻到室溫后，依次使用酸和水洗滌除去灰分，干燥得到二維碳納米篩。

所述水產(chǎn)軟體動(dòng)物可以為鮑魚、珍珠貝、黑蝶貝、三角蚌、褶冠蚌、合浦珠母貝、馬氏珍珠貝等具有珍珠層的軟體動(dòng)物。

更進(jìn)一步的說(shuō)，所述清洗、拋光打磨所得珍珠層于0-70℃、震蕩條件下將酸溶解直至珍珠層中無(wú)機(jī)物充分溶解，并用經(jīng)水洗滌干凈至中性，過濾或離心提取有機(jī)成分；