[发明专利]一种碳纳米环及其制备方法

权利要求书

1.一种碳纳米环，其特征是，由单层或多层同轴的碳环组成，且所述碳环具有与石墨片层卷成的闭合环体类似的结构，该碳纳米环的轴向尺寸和径向尺寸均为纳米量级，且轴向尺寸小于径向尺寸。

2.根据权利要求1所述的碳纳米环，其特征是，其中，该碳纳米环的轴向尺寸为0.5-1.0纳米，径向尺寸为2-30纳米。

3.根据权利要求1或2所述的碳纳米环，其特征是，其中，该碳纳米环的轴向尺寸与径向尺寸的比值为0.01-0.5。

4.根据权利要求1-3任一项所述的碳纳米环，其特征是，其中，所述碳环的层数为1-25层。

5.根据权利要求1-4任一项所述的碳纳米环，其特征是，其中，由多层同轴碳环组成的碳纳米环中，碳环的层与层之间的距离相同，该距离为0.31-0.37纳米。

6.权利要求1-5任一项所述的碳纳米环的制备方法，其特征是，，包括以下步骤：

(1)、将二价金属离子M²⁺的可溶性盐、三价金属离子M′³⁺的可溶性盐、长链烷基阴离子A^-的可溶性盐和碳源分子C混合，溶于脱二氧化碳的去离子水中配制得到混合盐溶液；

在氮气保护下将所述混合盐溶液与碱液混合，于氮气保护下在60-80℃反应晶化6-10小时，得到悬浊液，过滤，用去离子水洗涤至滤液pH值为7-7.5，然后将滤饼在50-60℃干燥6-12小时，得到具有插层结构的层状双羟基复合金属氧化物，其化学组成通式为：

[M²⁺_1-xM′³⁺_x(OH)₂]^x+A^-_x·αC·βH₂O

其中，x为0.2-0.33，α为0.5-4，β为0.5-2；

(2)、在惰性气氛或还原性气氛中，将所述插层结构的层状双羟基复合金属氧化物煅烧0.5-3小时，得到煅烧产物，其中，所述惰性气氛为氮气或氩气，所述还原性气氛为氢气，所述煅烧温度为600-800℃；

(3)、按照2-5g/L的固液比将所述煅烧产物置于硝酸溶液中，超声0.5-2小时，离心分离去除溶液，用去离子水将离心分离得到的下层沉淀过滤洗涤至滤液pH值为6.5-7，然后在50-60℃干燥6-12小时，得到所述碳纳米环。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征是，其中，所述二价金属离子M²⁺的可溶性盐为Mg、Fe、Co、Ni、Cu和Zn的硝酸盐、硫酸盐、草酸盐和氯化物中的一 种或多种；所述三价金属离子M′³⁺的可溶性盐为Al、Fe和Co的硝酸盐、硫酸盐、草酸盐和氯化物中的一种或多种。

8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征是，其中，所述二价金属离子M²⁺和三价金属离子M′³⁺中的至少一种是具有催化活性的金属元素。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征是，其中，所述具有催化活性的金属元素为Fe、Co和Ni。

10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征是，其中，所述二价金属离子M²⁺与三价金属离子M′³⁺的摩尔比为2-4∶1。

11.根据权利要求6所述的制备方法，其特征是，其中，在所述混合盐溶液中，二价金属离子M²⁺和三价金属离子M′³⁺的总浓度为0.2-0.5mol/L。

12.根据权利要求6所述的制备方法，其特征是，其中，所述长链烷基阴离子A^-的可溶性盐为十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钾、十二烷基磺酸钾和十二烷基苯磺酸钾中的一种或多种。

13.根据权利要求6所述的制备方法，其特征是，其中，在所述混合盐溶液中，所述长链烷基阴离子A^-的摩尔数与所述三价金属离子M′³⁺的摩尔数相等。