[發(fā)明專(zhuān)利]燒瓶結(jié)構(gòu)的碳納米材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110240780.7
• 申請(qǐng)日: 2021-03-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113104836B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-12-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張海嬌;李海濤
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C01B32/15
• 分類(lèi)號(hào): C01B32/15
• 代理公司: 上海上大專(zhuān)利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

本發(fā)明涉及一種燒瓶結(jié)構(gòu)碳納米材料及其制備方法。本發(fā)明以成本低廉的葡萄糖為碳源，三嵌段共聚物聚環(huán)氧乙烷?聚環(huán)氧丙烷?聚環(huán)氧乙烷(PEO₂₀?PPO₇₀?PEO₂₀，P123)和油酸鈉為共同結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，水為溶劑，采用簡(jiǎn)單的水熱合成方法，通過(guò)直接碳化葡萄糖和二次生長(zhǎng)的方法分別得到了獨(dú)特的單口和雙口碳納米瓶。從電鏡結(jié)果可知，制得的碳納米瓶均為空心結(jié)構(gòu)，形貌均一，表面粗糙，其瓶身大小分別約為560nm和590nm。拉曼光譜結(jié)果表明，所得碳納米瓶均為無(wú)定型結(jié)構(gòu)。該法制備的非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的碳納米瓶在能源和催化等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)碳納米瓶的制備方法，屬于無(wú)機(jī)化學(xué)和材料合成領(lǐng)域。

背景技術(shù)

憑借來(lái)源豐富、環(huán)境友好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定以及優(yōu)異的導(dǎo)電性等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，不同結(jié)構(gòu)和形貌的碳納米材料如納米球、納米管以及納米花等已被成功開(kāi)發(fā)和制備出來(lái)，并被廣泛用于能源存儲(chǔ)和環(huán)境催化等領(lǐng)域。

但受限于表面自由能效應(yīng)，上述所得材料通常是常規(guī)的均勻?qū)ΨQ(chēng)結(jié)構(gòu)。對(duì)比之下，沒(méi)有對(duì)稱(chēng)中心的非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的納米材料由于各向異性等原因賦予其一些新的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，比如：更大的有效表面積和更優(yōu)異的力學(xué)穩(wěn)定性等。在近年來(lái)，這類(lèi)結(jié)構(gòu)的材料逐漸引起大家的密切關(guān)注和廣泛青睞。目前已有不同的合成路線(xiàn)用于制備非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的碳納米材料，主要包括軟模板、硬模板和自模板等方法。雖然對(duì)于非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)碳納米材料的合成取得了一定的成績(jī)，但因其制備過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)也難以控制，目前的報(bào)道主要集中在碗狀和紅細(xì)胞狀結(jié)構(gòu)方面。此外，合成過(guò)程的復(fù)雜性也導(dǎo)致其應(yīng)用受到了很大限制。因此，如何能夠簡(jiǎn)單有效地制備更有趣的新型非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)碳納米材料，從而使其具有更廣泛的應(yīng)用和更優(yōu)異的性能，進(jìn)而推動(dòng)非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)碳納米材料的發(fā)展，具有非常重要的研究意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供利一種燒瓶結(jié)構(gòu)的碳納米材料及其制備方法，本發(fā)明碳納米瓶均為空心結(jié)構(gòu)，形貌均一，表面粗糙，其瓶身外徑大小不超過(guò)590nm。拉曼光譜結(jié)果表明，所得碳納米瓶均為無(wú)定型結(jié)構(gòu)。本發(fā)明方法制備的非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的碳納米瓶在能源和催化等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種燒瓶結(jié)構(gòu)的碳納米材料，該材料具有燒瓶形狀的非對(duì)稱(chēng)顆粒結(jié)構(gòu)，且形成的碳納米瓶顆粒材料具有均勻的單口形貌或雙口形貌的燒瓶結(jié)構(gòu)碳納米顆粒。

優(yōu)選地，在嵌段共聚物P123和油酸鈉混合膠束模板的作用下，制備出具有均一形貌的單口或雙口燒瓶結(jié)構(gòu)碳納米顆粒。

優(yōu)選地，葡萄糖分子通過(guò)氫鍵等作用首先吸附在P123和油酸鈉混合膠束模板上，隨后在水熱過(guò)程中，碳化的葡萄糖分子逐漸在膠束表面聚合和生長(zhǎng)，得到單口燒瓶結(jié)構(gòu)的碳納米顆粒。

優(yōu)選地，在合成體系中仍殘留沒(méi)有參與反應(yīng)的P123和油酸鈉混合乳液，在水熱碳化過(guò)程中，新加入的葡萄糖分子以上述單口碳納米瓶上的殘留乳液為模板，繼續(xù)聚合和再生長(zhǎng)，最終獲得均勻的雙口的碳納米燒瓶。

優(yōu)選地，碳納米瓶顆粒材料的碳納米瓶為空心結(jié)構(gòu)，瓶身最大外輪廓直徑不超過(guò)590nm。進(jìn)一步優(yōu)選地，碳納米瓶顆粒材料的碳納米瓶為空心結(jié)構(gòu)，瓶身最大外輪廓直徑為560-590nm。

優(yōu)選地，碳納米瓶顆粒材料的內(nèi)部空腔最大輪廓直徑不大于360nm。進(jìn)一步優(yōu)選地，碳納米瓶顆粒材料的內(nèi)部空腔最大輪廓直徑為280-360nm。

一種本發(fā)明燒瓶結(jié)構(gòu)的碳納米材料的制備方法，具體步驟為：

a.將同等質(zhì)量的三嵌段共聚物聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷-聚環(huán)氧乙烷和油酸鈉加入到去離子水中，攪拌0.5～1h，得到P123/油酸鈉混合溶液；所述三嵌段共聚物聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷-聚環(huán)氧乙烷、油酸鈉的質(zhì)量濃度分別為1.125～3.75mg/mL；