一种简单制备纳米空心炭球的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107352525A(43)申请公布日2017.11.17(21)申请号201610301441.4(22)申请日2016.05.09(71)申请人北京化工大学地址100029北京市朝阳区北三环东路15号(72)发明人宋怀河柳逸凡陈晓红(51)Int.Cl.C01B32/05(2017.01)B82Y30/00(2011.01)B82Y40/00(2011.01)权利要求书1页说明书2页附图2页(54)发明名称一种简单制备纳米空心炭球的方法(57)摘要发明公开了一种简单制备纳米空心炭球的方法，即以不同型号的炭黑为原料，在空气气氛下，在马弗炉中保温一段时间后，所得产物即为纳米空心炭球。根据原料的不同，炭球的直径在50-200nm之间，表面呈现各向异性，并保留原料的结构。该方法工艺简单，成本低廉，并且可大量制备空心炭球。所得到的空心炭球可以用于储能及导电复合材料等领域。CN107352525ACN107352525A权利要求书1/1页1.一种制备纳米空心炭球的方法，其特征在于按下列方法制得：将一定量的炭黑放入马弗炉中升温，同时向马弗炉内鼓入空气，升至设定温度后，保温一段时间，取出冷却。2.权利要求1所述的纳米空心炭球的制备方法，其特征在于：所述炭黑为N330、N660、N990等普通商业化炭黑的一种。3.如权利要求1所述的纳米空心炭球的制备方法，其特征在于：反应的温度范围为300-600℃。4.如权利要求1所述的纳米空心炭球的制备方法，其特征在于：优选的反应温度为450-500℃。5.如权利要求1所述的纳米空心炭球的制备方法，其特征在于：反应的时间为1-9h。6.如权利要求1所述的纳米空心炭球的制备方法，其特征在于：优选的保温时间为6-9h。7.如权利要求1所述的纳米空心炭球的制备方法，其特征在于：所得到的纳米空心炭球粒径在20-300nm，壁厚为3-5nm。2CN107352525A说明书1/2页一种简单制备纳米空心炭球的方法技术领域[0001]本发明涉及纳米材料的制备领域，可以制备得到不同粒径，不同壁厚以及不同结构度的纳米空心炭球。背景技术[0002]富勒烯、炭纳米管的相继被发现，引起了人们对中空结构的碳材料的高度关注。其中，空心纳米炭球由于其独特的结构，良好的导电性，较高的比表面积，较好的化学稳定性，在储能[FlandroisS,etal.Carbon,1999,37(2):165-180]、气体存储、药物运输[HuangHY,etal.JAmChemSoc,1999,121(15):3805-3806]、催化剂载体等领域有巨大的应用潜力。[0003]常用的制备纳米空心炭球的方法有水热法和化学气相沉积法。水热法是采用密闭的容器，以水为溶剂，在高温高压的条件下反应。水热法的优点在于，粒子的纯度高，分散性好，形貌可控。化学气相沉积法是利用原料气体，经过催化之后形成初级粒子，再经过成核和生长两个阶段，得到炭固体材料。ZouGF等通过直接热解二茂铁，反应时间1h，得到粒径50-150nm，壁厚约15nm的纳米空心炭球[ZouGF,etal.SolidStateCommunications,2004,131(12):749-752]。在以往的实验过程中，人们发现，可以以炭黑为原料，通过液相氧化法，也可以得到空心炭球[G.Kaye.Carbon,1965,2(4):413-419]，所得到的纳米空心炭球表面为各向异性。以不同的炭黑为原料，可以得到不同尺寸和不同结构的纳米空心炭球。液相氧化法最初用于炭黑的表面氧化改性，，硝酸、高锰酸钾、氯酸钠、双氧水等均可以对炭黑进行不同程度的氧化。Kamegwa等，以一种炉法炭黑SEAST300和乙炔炭黑为原料，在浓硝酸中加热，控制反应时间，得到空心炭球[Kamegawa,etal.Carbon,1998,36(4):433-441.]。[0004]上述方法中，水热法产量较小，对设备要求高，技术难度大，安全性能较差。化学气相法对于颗粒的形貌和尺寸无法控制。液相氧化法，条件控制苛刻，危险性大，同时所使用的氧化剂可能会对环境造成污染。发明内容[0005]针对上述问题，本发明的目的是提供一种简单的制备纳米空心炭球的方法。利用气相氧化法，在空气中，在较低温度下，简单大量地制备纳米空心炭球。其粒径为50-200nm，壁厚为3-5nm。炭黑表面石墨微晶呈同心圆排列，表面结晶度较高，而炭黑内部为无定型结构，同时炭黑表面含有许多缺陷和微孔。与外部结晶度高的部分相比，内部无定型区域更容易被氧化，通过控制加热温度和保温时间，从而得到空心结构。具体按下列方法制得：步骤一：将一定量的炭黑置于瓷舟中，使其均匀地铺在瓷舟底部，同时将马弗炉升温到所设定的反