CN111285349A - 一种高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊及其制备方法 - Google Patents
一种高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111285349A CN111285349A CN201811502923.1A CN201811502923A CN111285349A CN 111285349 A CN111285349 A CN 111285349A CN 201811502923 A CN201811502923 A CN 201811502923A CN 111285349 A CN111285349 A CN 111285349A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- boron
- doped carbon
- highly graphitized
- nanocapsule
- hydrothermal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 66
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 59
- 239000002088 nanocapsule Substances 0.000 title claims abstract description 58
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 16
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 claims abstract description 32
- HPTYUNKZVDYXLP-UHFFFAOYSA-N aluminum;trihydroxy(trihydroxysilyloxy)silane;hydrate Chemical compound O.[Al].[Al].O[Si](O)(O)O[Si](O)(O)O HPTYUNKZVDYXLP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 229910052621 halloysite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000010335 hydrothermal treatment Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 12
- -1 saccharide compound Chemical class 0.000 claims abstract description 9
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 50
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 38
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 22
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 20
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 19
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 18
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 17
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 16
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims description 15
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 14
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 14
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 12
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 claims description 10
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 10
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 claims description 7
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 7
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims description 6
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 6
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910021538 borax Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 claims description 4
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 4
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000004328 sodium tetraborate Substances 0.000 claims description 4
- 235000010339 sodium tetraborate Nutrition 0.000 claims description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 4
- OWEGMIWEEQEYGQ-UHFFFAOYSA-N 100676-05-9 Natural products OC1C(O)C(O)C(CO)OC1OCC1C(O)C(O)C(O)C(OC2C(OC(O)C(O)C2O)CO)O1 OWEGMIWEEQEYGQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229930091371 Fructose Natural products 0.000 claims description 3
- 239000005715 Fructose Substances 0.000 claims description 3
- RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N Fructose Chemical compound OC[C@H]1O[C@](O)(CO)[C@@H](O)[C@@H]1O RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N 0.000 claims description 3
- GUBGYTABKSRVRQ-PICCSMPSSA-N Maltose Natural products O[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@H]1O[C@@H]1[C@@H](CO)OC(O)[C@H](O)[C@H]1O GUBGYTABKSRVRQ-PICCSMPSSA-N 0.000 claims description 3
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 claims description 3
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N Sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 claims description 3
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 claims description 3
- JDZCKJOXGCMJGS-UHFFFAOYSA-N [Li].[S] Chemical compound [Li].[S] JDZCKJOXGCMJGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052810 boron oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N diboron trioxide Chemical compound O=BOB=O JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000012377 drug delivery Methods 0.000 claims description 3
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000008107 starch Substances 0.000 claims description 3
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 claims description 3
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 claims description 3
- GUBGYTABKSRVRQ-XLOQQCSPSA-N Alpha-Lactose Chemical compound O[C@@H]1[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](CO)O[C@H]1O[C@@H]1[C@@H](CO)O[C@H](O)[C@H](O)[C@H]1O GUBGYTABKSRVRQ-XLOQQCSPSA-N 0.000 claims description 2
- GUBGYTABKSRVRQ-QKKXKWKRSA-N Lactose Natural products OC[C@H]1O[C@@H](O[C@H]2[C@H](O)[C@@H](O)C(O)O[C@@H]2CO)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H]1O GUBGYTABKSRVRQ-QKKXKWKRSA-N 0.000 claims description 2
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 claims description 2
- GUBGYTABKSRVRQ-QUYVBRFLSA-N beta-maltose Chemical compound OC[C@H]1O[C@H](O[C@H]2[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)O[C@@H]2CO)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O GUBGYTABKSRVRQ-QUYVBRFLSA-N 0.000 claims description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 2
- 239000008101 lactose Substances 0.000 claims description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 13
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 3
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 14
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 8
- 108091006149 Electron carriers Proteins 0.000 description 3
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000004833 X-ray photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 2
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000002336 sorption--desorption measurement Methods 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000026 X-ray photoelectron spectrum Methods 0.000 description 1
- RHZUVFJBSILHOK-UHFFFAOYSA-N anthracen-1-ylmethanolate Chemical compound C1=CC=C2C=C3C(C[O-])=CC=CC3=CC2=C1 RHZUVFJBSILHOK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003830 anthracite Substances 0.000 description 1
- 239000010426 asphalt Substances 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical group C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000011331 needle coke Substances 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000008707 rearrangement Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J13/00—Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
- B01J13/02—Making microcapsules or microballoons
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/20—Graphite
- C01B32/205—Preparation
Abstract
本发明公开了一种高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊及其制备方法，所述高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊为三维中空的纳米胶囊网状结构，石墨化度为89‑98%，导电性高，比表面积为200‑400m2/g，孔体积为1‑2cm3/g，直径为50‑75nm，硼掺杂量为1‑3at%。其制备方法是：将天然埃洛石粉与糖类化合物经过水热处理得到水热碳；水热碳经过混合酸液浸泡刻蚀模板后，在外加硼源和保护气体保护下经高温石墨化处理，最终得到一种高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊材料。该方法制备的三维网络结构的碳纳米胶囊材料具有石墨化程度高，缺陷少，吸附性能好，比表面积和孔体积可控，以及硼含量可调的优点。
Description
技术领域
本发明涉及纳米材料技术领域，具体涉及一种高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊及其制备方法。
背景技术
石墨化碳材料因具有优异的导电导热性、热稳定性、化学稳定性、以及力学性能等优点，近年来受到了广泛的关注，在晶体管、医药、超级电容器、高效散热、锂离子电池等领域有着极大的应用价值。并且如果材料具有理想的石墨层状结构，其物理化学性能能够进一步得到提升。
材料的石墨化程度可以通过改变碳源和制备条件等进行调控。石墨化的原料来源主要包括无烟煤、沥青、针状焦等，石墨化过程是由无序乱层结构向有序石墨化结构的转化。理想石墨晶体具有层状结构，由碳原子组成的六角网平面按照规律重叠而成，平面之间的间距为0.335nm。乱层结构中六角网平面的堆积没有规则，并且有扭曲现象。石墨化转变过程中，碳原子之间的键会断开，结构重排的阻力很大，需要非常高的能量。迄今为止，科学家们探索了多种制备高度石墨化碳材料的方法，如化学气相沉淀法（CVD）、电弧放电法、激光蒸发法、等离子体法等。但是这些方法一般需要昂贵的特殊设备，以及大量的能源输入，常常给实验带来一些或这或那的技术问题。因此，本发明采用高温石墨化处理的方法制备石墨化碳材料，采用高温处理可以提供碳材料石墨化所需的能量，所需设备要求不高，操作简单，并且所得碳材料石墨化程度高，导电性好，比表面积和孔体积可调，还可原位掺入其他原子。
在层状sp2杂化的碳材料体系中，引入非碳原子或分子和化合物可对碳材料电子结构、振动模式、化学和机械性能进行调变，这种现象叫掺杂。研究表明，在碳结构上通过化学掺杂外来的杂原子（N、S、B等）可较大提高碳材料的电催化性能。N、S是电子供体，可提供电子载体和降低带隙能量，B可通过增加孔型的电子载体数量、改变碳材料的电子性，从而还可以提高碳材料的导电性。
埃洛石纳米管是一种新型的纳米材料，价廉易得且具有优异的性能，目前对它的研究是国际材料领域的前沿和热点，与碳纳米管相比，它具有独特的结构特点和明显的资源优势。此外，元素硼可通过增加孔的电子载体数量，改变碳材料的电子性，从而提高碳的导电性。
发明内容
本发明针对上述高度石墨化碳材料制备技术中的不足，提供一种以天然埃洛石为模板，采用水热法和高温石墨化相结合制备高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊的方法，该方法操作简单，原料来源丰富，成本低，易于实现工业化大规模生产。利用该方法制备得到的高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊为三维中空的纳米胶囊网状结构，具有石墨化程度高，导电性好，比表面积和孔体积可调，硼含量可控等优点。
实现本发明的技术方案是：一种高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊，所述硼掺杂碳纳米胶囊为三维中空的纳米胶囊网状结构，石墨化度为89-98%，导电性高，比表面积为200-400m2/g，孔体积为1-2cm3/g，直径为50-75nm，硼掺杂量为1-3at%。
所述的高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊的制备方法，步骤如下：
（1）水热处理
向埃洛石粉中加入糖类化合物与酒精和水的混合液体，然后置于超声波清洗器中进行超声处理，超声后进行搅拌处理，最后将搅拌后混合溶液转移至水热反应釜中进行水热处理；
（2）模板刻蚀
将步骤（1）中水热产物用水和酒精（体积比5:1）进行过滤清洗、之后真空干燥处理；干燥产物置于混合酸溶液中浸泡后过滤洗涤至滤液为中性，将所得产物置于真空干燥箱中进行干燥处理；
（3）高温石墨化处理
将步骤（2）中产物与硼源混合均匀后放入高温石墨化炉（长沙诺天电子科技有限公司，NT/KGPS-100-8S）内进行高温石墨化处理，在保护气气氛下进行高温石墨化处理，得到高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊。
所述步骤（1）中糖类化合物为葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖或淀粉，埃洛石粉与糖类化合物的质量比为1：（10-15），水和酒精体积比为1:1，酒精的质量分数为99.5%。
所述步骤（1）中超声处理时间为20-40min，搅拌时间为1-2h，水热处理温度为160-180℃，水热时间为6-8h。
所述步骤（2）中混合酸液为体积比为1：1的HF和H2SO4的混合酸液，混合酸液的质量浓度为10-25%。
所述步骤（2）中浸泡时间为12-24h，真空干燥温度为50-60℃，干燥时间为24h。
所述步骤（3）中产物与硼源的质量比为1：（1-4），硼源为硼酸、氧化硼、氟硼酸铵或硼砂中的任意一种，保护气为质量分数为99.999%的氮气、氩气、氦气中的任意一种，气体流量为200-300sccm。
所述步骤（3）中高温石墨化的温度为2000-2800℃，升温速率为20-50℃/min，保温时间为30-60min。
高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊在重金属废水吸附、药物输送、锂离子电池、锂硫电池、高效散热以及超级电容器中的应用。
本发明的有益效果是：
（1）制备本发明所述高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊所用的模板为天然埃洛石，来源广泛，成本低廉，具有较好的生物相容性；采用的碳源和硼源均来源丰富，成本较低，易于实现工业化大规模生产；
（2）本发明采用低温水热法和高温石墨化相结合的方法制备高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊，方法操作简单，设备要求低，生产效率高；
（3）本发明制得的三维网络结构的高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊，除了具有较高的石墨化程度和导电性，还具有比表面积和孔体积可调，硼含量可控等特性，可以提供更多的孔表面极化位点、表面润湿性和活性位点；
（4）本发明制得的高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊材料可以应用于重金属废水吸附、药物输送、锂离子电池、锂硫电池、高效散热以及超级电容器等领域，具有重要的实用价值和良好的发展前景，同时可以促进我国纳米材料技术的蓬勃发展。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
附图1为本发明实施例1得到的高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊的扫描电镜图。
附图2为本发明实施例1得到的高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊的透射电镜图。
附图3为本发明实施例1得到的高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊的拉曼光谱。
附图4为本发明实施例1得到的高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊的X射线衍射图谱（XRD）。
附图5为本发明实施例1得到的高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊的X射线光电子能谱图（XPS）。
附图6为本发明实施例1得到的高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊的氮气吸附-解吸曲线图。
附图7为本发明实施例1得到的高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊的孔径分布图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊的制备方法，步骤如下：
准确称取埃洛石0.8g，葡萄糖8g，加入体积比为1：1的酒精（酒精的质量分数为99.5%）和水160mL，放入烧杯中超声30min后，再在磁力搅拌器上搅拌2h，然后放入200mL的水热反应釜中，在180℃条件下水热8h。将所得水热产物用体积比为5：1的水和酒精混合液进行过滤洗涤后，放入真空干燥箱中50℃下干燥24h。取得到的干燥产物置于体积比为1：1的质量分数为15%的HF和H2SO4混合液中浸泡24h，之后过滤洗涤至滤液为中性，将所得产物放入真空干燥箱内60℃下干燥24h。然后，取干燥产物2g，并加入硼酸4.143g，混合均匀后放入高温石墨化炉内，通入质量分数为99.999%的高纯氩气，气体流量为300sccm，以20℃/min的升温速率加热到2600℃保温30min后，得到高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊。
从附图1可知，实施例1中得到的材料为由碳纳米胶囊彼此交联形成的三维立体网络结构，并且联系紧密。
从附图2可知，实施例1中得到的材料为中空的胶囊网状结构，从图中也可看出其直径为50-75nm。
从附图3可知，实施例1中得到的材料拉曼光谱中存在着D峰和G峰，且D峰与G峰强度比约为0.6左右，这表明所得材料缺陷少，石墨化程度高，石墨结构完整，导电性好。
从附图4可知，实施例1中得到的材料XRD图谱在25°左右出现一个又高又窄的峰，其对应的是石墨（002）峰，峰值越高，表示石墨化程度越高，经计算其石墨化度高达96%。
从附图5可知，实施例1中得到的材料XPS图谱在284.5、533.5、和186.7eV左右出现峰，分别对应着C1s、O1s、和B1s的峰，表明成功的制备出了高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊，且碳材料中硼含量为1.57at%。
从附图6、7可知，实施例1中得到的材料的氮气吸附-解吸曲线在P/P0小于0.1时氮气吸附量较少，表明含有少量微孔，在P/P0等于0.45-0.9之间存在着明显的介孔滞后环，表明其存在着大量的介孔。孔径分布曲线进一步证实了高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊为含少量微孔的介孔碳。经计算，其比表面积和孔体积分别为290.4m2/g和1.13cm3/g。
实施例2
一种高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊的制备方法，步骤如下：
准确称取埃洛石0.8g，葡萄糖8g，加入体积比为1：1的酒精（酒精的质量分数为99.5%）和水160mL，放入烧杯中超声20min后，再在磁力搅拌器上搅拌1h，然后放入200mL的水热反应釜中，在160℃条件下水热6h。将所得水热产物用体积比为5：1的水和酒精混合液进行过滤洗涤后，放入真空干燥箱中50℃下干燥24h。取得到的干燥产物置于体积比为1：1的质量分数为25%的HF和H2SO4混合液中浸泡12h，之后过滤洗涤至滤液为中性，将所得产物放入真空干燥箱内50℃下干燥24h。然后，取干燥产物2g，并加入硼酸2g，混合均匀后放入高温石墨化炉内，通入质量分数为99.999%的高纯氩气，气体流量为200sccm，以20℃/min的升温速率加热到2000℃保温60min后，得到高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊。
实施例3
一种高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊的制备方法，步骤如下：
准确称取埃洛石0.8g，葡萄糖12g，加入体积比为1：1的酒精（酒精的质量分数为99.5%）和水170mL，放入烧杯中超声40min后，再在磁力搅拌器上搅拌2h，然后放入200mL的水热反应釜中，在180℃条件下水热8h。将所得水热产物用体积比为5：1的水和酒精混合液进行过滤洗涤后，放入真空干燥箱中60℃下干燥24h。取得到的干燥产物置于体积比为1：1的质量分数为10%的HF和H2SO4混合液中浸泡24h，之后过滤洗涤至滤液为中性，将所得产物放入真空干燥箱内60℃下干燥24h。然后，取干燥产物2g，并加入硼酸8g，混合均匀后放入高温石墨化炉内，通入质量分数为99.999%的高纯氦气，气体流量为300sccm，以50℃/min的升温速率加热到2800℃保温30min后，得到高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊。
实施例4
一种高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊的制备方法，步骤如下：
准确称取埃洛石0.6g，葡萄糖7.2g，加入体积比为1：1的酒精（酒精的质量分数为99.5%）和水160mL，放入烧杯中超声30min后，再在磁力搅拌器上搅拌1.5h，然后放入200mL的水热反应釜中，在170℃条件下水热7h。将所得水热产物用体积比为5：1的水和酒精混合液进行过滤洗涤后，放入真空干燥箱中55℃下干燥24h。取得到的干燥产物置于体积比为1：1的质量分数为20%的HF和H2SO4混合液中浸泡20h，之后过滤洗涤至滤液为中性，将所得产物放入真空干燥箱内55℃下干燥24h。然后，取干燥产物2g，并加入硼酸4.143g，混合均匀后放入高温石墨化炉内，通入质量分数为99.999%的高纯氮气，气体流量为250sccm，以30℃/min的升温速率加热到2500℃保温40min后，得到高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊。
实施例5
一种高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊的制备方法，步骤如下：
准确称取埃洛石0.8g，果糖8g，加入体积比为1：1的酒精（酒精的质量分数为99.5%）和水160mL，放入烧杯中超声20min后，再在磁力搅拌器上搅拌2h，然后放入200mL的水热反应釜中，在180℃条件下水热7h。将所得水热产物用体积比为5：1的水和酒精混合液进行过滤洗涤后，放入真空干燥箱中50℃下干燥24h。取得到的干燥产物置于体积比为1：1的质量分数为20%的HF和H2SO4混合液中浸泡20h，之后过滤洗涤至滤液为中性，将所得产物放入真空干燥箱内50℃下干燥24h。然后，取干燥产物2g，并加入氧化硼2g，混合均匀后放入高温石墨化炉内，通入质量分数为99.999%的高纯氩气，气体流量为250sccm，以20℃/min的升温速率加热到2600℃保温30min后，得到高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊。
实施例6
一种高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊的制备方法，步骤如下：
准确称取埃洛石0.6g，蔗糖9g，加入体积比为1：1的酒精（酒精的质量分数为99.5%）和水160mL，放入烧杯中超声20min后，再在磁力搅拌器上搅拌2h，然后放入200mL的水热反应釜中，在160℃条件下水热8h。将所得水热产物用体积比为5：1的水和酒精混合液进行过滤洗涤后，放入真空干燥箱中50℃下干燥24h。取得到的干燥产物置于体积比为1：1的质量分数为15%的HF和H2SO4混合液中浸泡24h，之后过滤洗涤至滤液为中性，将所得产物放入真空干燥箱内60℃下干燥24h。然后，取干燥产物2g，并加入硼砂4.143g，混合均匀后放入高温石墨化炉内，通入质量分数为99.999%的高纯氩气，气体流量为300sccm，以20℃/min的升温速率加热到2600℃保温30min后，得到高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊。
实施例7
一种高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊的制备方法，步骤如下：
准确称取埃洛石0.8g，麦芽糖12g，加入体积比为1：1的酒精（酒精的质量分数为99.5%）和水160mL，放入烧杯中超声20min后，再在磁力搅拌器上搅拌2h，然后放入200mL的水热反应釜中，在180℃条件下水热8h。将所得水热产物用体积比为5：1的水和酒精混合液进行过滤洗涤后，放入真空干燥箱中60℃下干燥24h。取得到的干燥产物置于体积比为1：1的质量分数为15%的HF和H2SO4混合液中浸泡24h，之后过滤洗涤至滤液为中性，将所得产物放入真空干燥箱内60℃下干燥24h。然后，取干燥产物2g，并加入硼酸4.143g，混合均匀后放入高温石墨化炉内，通入质量分数为99.999%的高纯氦气，气体流量为200sccm，以35℃/min的升温速率加热到2800℃保温30min后，得到高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊。
实施例8
一种高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊的制备方法，步骤如下：
准确称取埃洛石0.8g，淀粉8g，加入体积比为1：1的酒精（酒精的质量分数为99.5%）和水160mL，放入烧杯中超声30min后，再在磁力搅拌器上搅拌1.5h，然后放入200mL的水热反应釜中，在180℃条件下水热6h。将所得水热产物用体积比为5：1的水和酒精混合液进行过滤洗涤后，放入真空干燥箱中60℃下干燥24h。取得到的干燥产物置于体积比为1：1的质量分数为25%的HF和H2SO4混合液中浸泡12h，之后过滤洗涤至滤液为中性，将所得产物放入真空干燥箱内60℃下干燥24h。然后，取干燥产物2g，并加入硼砂4g，混合均匀后放入高温石墨化炉内，通入质量分数为99.999%的高纯氩气，气体流量为250sccm，以20℃/min的升温速率加热到2700℃保温35min后，得到高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊，其特征在于：所述硼掺杂碳纳米胶囊为三维中空的纳米胶囊网状结构，石墨化度为89-98%，比表面积为200-400m2/g，孔体积为1-2cm3/g，直径为50-75nm，硼掺杂量为1-3at%。
2.权利要求1所述的高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊的制备方法，其特征在于步骤如下：
（1）水热处理
向埃洛石粉中加入糖类化合物与酒精和水的混合液体，然后置于超声波清洗器中进行超声处理，超声后进行搅拌处理，最后将搅拌后混合溶液转移至水热反应釜中进行水热处理；
（2）模板刻蚀
将步骤（1）中水热产物用水和酒精进行过滤清洗、之后真空干燥处理；干燥产物置于混合酸溶液中浸泡后过滤洗涤至滤液为中性，将所得产物置于真空干燥箱中进行干燥处理；
（3）高温石墨化处理
将步骤（2）中产物与硼源混合，在保护气气氛下进行高温石墨化处理，得到高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊。
3.根据权利要求2所述的高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中糖类化合物为葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖或淀粉，埃洛石粉与糖类化合物的质量比为1：（10-15），水和酒精体积比为1:1，酒精的质量分数为99.5%。
4.根据权利要求2所述的高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中超声处理时间为20-40min，搅拌时间为1-2h，水热处理温度为160-180℃，水热时间为6-8h。
5.根据权利要求2所述的高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中混合酸液为体积比为1：1的HF和H2SO4，混合酸液的质量浓度为10-25%。
6.根据权利要求2所述的高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中浸泡时间为12-24h，真空干燥温度为50-60℃，干燥时间为24h。
7.根据权利要求2所述的高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中产物与硼源的质量比为1：（1-4），硼源为硼酸、氧化硼、氟硼酸铵或硼砂中的任意一种，保护气为氮气、氩气、氦气中的任意一种，气体流量为200-300sccm。
8.根据权利要求2所述的高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中高温石墨化的温度为2000-2800℃，升温速率为20-50℃/min，保温时间为30-60min。
9.权利要求1所述的高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊在重金属废水吸附、药物输送、锂离子电池、锂硫电池、高效散热以及超级电容器中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811502923.1A CN111285349B (zh) | 2018-12-10 | 2018-12-10 | 一种高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811502923.1A CN111285349B (zh) | 2018-12-10 | 2018-12-10 | 一种高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111285349A true CN111285349A (zh) | 2020-06-16 |
| CN111285349B CN111285349B (zh) | 2022-05-27 |
Family
ID=71020989
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811502923.1A Active CN111285349B (zh) | 2018-12-10 | 2018-12-10 | 一种高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111285349B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115178224A (zh) * | 2022-05-06 | 2022-10-14 | 河南工程学院 | 一种氮掺杂水热碳/石墨烯复合膜及其制备方法和应用 |
| WO2023272363A1 (en) * | 2021-07-02 | 2023-01-05 | Natural Nanotech Pty Ltd | Halloysite-kaolin derivatised nanoporous carbon materials and preparation and uses thereof |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103332687A (zh) * | 2013-07-11 | 2013-10-02 | 黑龙江大学 | 一种以生物质为碳源制备硼氮共掺杂石墨化纳米碳的方法 |
| WO2017190677A1 (zh) * | 2016-05-06 | 2017-11-09 | 苏州汉瀚储能科技有限公司 | 一种硼掺杂多孔碳球的制备方法 |
| CN107597062A (zh) * | 2017-11-03 | 2018-01-19 | 长沙理工大学 | 一种埃洛石多级杂化气体吸附材料的制备方法 |
| CN108423675A (zh) * | 2018-03-02 | 2018-08-21 | 河南工程学院 | 高吸附率活性炭的制备方法 |
| CN108706568A (zh) * | 2018-05-04 | 2018-10-26 | 青海泰丰先行锂能科技有限公司 | 一种氮掺杂多孔中空碳纳米胶囊材料的制备方法及制备的材料 |
| CN108840679A (zh) * | 2018-07-09 | 2018-11-20 | 中北大学 | 一种原子晶体硼掺杂碳材料的制备方法 |
-
2018
- 2018-12-10 CN CN201811502923.1A patent/CN111285349B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103332687A (zh) * | 2013-07-11 | 2013-10-02 | 黑龙江大学 | 一种以生物质为碳源制备硼氮共掺杂石墨化纳米碳的方法 |
| WO2017190677A1 (zh) * | 2016-05-06 | 2017-11-09 | 苏州汉瀚储能科技有限公司 | 一种硼掺杂多孔碳球的制备方法 |
| CN107597062A (zh) * | 2017-11-03 | 2018-01-19 | 长沙理工大学 | 一种埃洛石多级杂化气体吸附材料的制备方法 |
| CN108423675A (zh) * | 2018-03-02 | 2018-08-21 | 河南工程学院 | 高吸附率活性炭的制备方法 |
| CN108706568A (zh) * | 2018-05-04 | 2018-10-26 | 青海泰丰先行锂能科技有限公司 | 一种氮掺杂多孔中空碳纳米胶囊材料的制备方法及制备的材料 |
| CN108840679A (zh) * | 2018-07-09 | 2018-11-20 | 中北大学 | 一种原子晶体硼掺杂碳材料的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| XUEPINGWU ET AL.: "Synthesis and adsorption properties of halloysite/carbon nanocomposites and halloysite-derived carbon nanotubes", 《APPLIED CLAY SCIENCE》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023272363A1 (en) * | 2021-07-02 | 2023-01-05 | Natural Nanotech Pty Ltd | Halloysite-kaolin derivatised nanoporous carbon materials and preparation and uses thereof |
| CN115178224A (zh) * | 2022-05-06 | 2022-10-14 | 河南工程学院 | 一种氮掺杂水热碳/石墨烯复合膜及其制备方法和应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111285349B (zh) | 2022-05-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107988660A (zh) | 一种热化学气相沉积制备三维石墨烯纤维的方法及其应用 | |
| CN106365163B (zh) | 一种剑麻纤维活性炭的制备方法及该剑麻纤维活性炭在锂离子电容器中的应用 | |
| CN108470890A (zh) | 一种氮硫共掺杂三维石墨烯的制备方法、其制备的产品及该产品的应用 | |
| CN105293590A (zh) | 硫化钴镍/石墨烯/碳纳米纤维复合材料及其制备方法 | |
| CN104045077A (zh) | 一种石墨烯三维分级多孔炭材料及制备方法 | |
| CN101613100B (zh) | 生物质基的石墨化碳及碳-碳复合材料的微波制备方法 | |
| CN110517900B (zh) | 一种超级电容器用氮掺杂低温碳纳米纤维电极材料的制备方法 | |
| CN105322146A (zh) | 一种硒化钼/碳纳米纤维/石墨烯复合材料及其制备方法 | |
| CN108711518B (zh) | 氮氧共掺杂多孔碳纳米带及其制备方法和应用 | |
| CN111943207B (zh) | 一种简单、无污染制备无氟二维材料MXene的方法 | |
| CN108285139B (zh) | 一种氮掺杂石墨烯碳材料的制备方法和应用 | |
| CN109742355A (zh) | 一种硅碳复合材料制备方法 | |
| CN111285349B (zh) | 一种高度石墨化硼掺杂碳纳米胶囊及其制备方法 | |
| CN107235484A (zh) | 一种利用黑液粗木质素制备石墨烯的方法 | |
| CN109748282B (zh) | 一种低温制备纳米碳化硅的方法 | |
| CN111285368B (zh) | 一种氮硼双掺杂多孔中空碳纳米胶囊材料的制备方法 | |
| CN110148760A (zh) | 一种多孔碳-碳纳米管复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN106629690A (zh) | 一种补强三维石墨烯多孔材料结构的方法 | |
| CN114057181B (zh) | 制备氧原子掺杂的三维多孔超薄碳纳米片的方法 | |
| CN108178141B (zh) | 一种高导电、高振实密度、高比表面积微孔炭的制备方法 | |
| CN110885069A (zh) | 一种三维大孔超轻氮化碳材料及其制备方法 | |
| CN112479205A (zh) | 一种窄孔径竹箨活性炭及其制备方法 | |
| CN112397714A (zh) | 一种磷氮共掺杂纳米多孔碳颗粒的制备方法 | |
| CN110136992A (zh) | 一种利用葡萄制备超级电容器电极材料的方法 | |
| CN114956040B (zh) | 一种氮氧掺杂分级多孔碳材料、制备方法及应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240103 Address after: 509 Kangrui Times Square, Keyuan Business Building, 39 Huarong Road, Gaofeng Community, Dalang Street, Longhua District, Shenzhen, Guangdong Province, 518000 Patentee after: Shenzhen Litong Information Technology Co.,Ltd. Address before: 451191 Xianghe Road, Longhu Town, Zhengzhou City, Henan Province Patentee before: HENAN INSTITUTE OF ENGINEERING |