[发明专利]一种中空碳纳米球及其制备方法

说明书

本公开涉及一种中空碳纳米球及其制备方法，所述中空碳纳米球的外径为20‑100纳米，球壳厚度0.4‑3.2纳米，比表面积为600‑900米²/克，所述比表面积采用GB/T5816‑1995标准方法进行测定。本公开提供的中空碳纳米球比表面积大，电化学性能好；本公开提供的中空碳纳米球的制备方法成本低。

技术领域

本公开涉及碳纳米材料技术领域，具体地，涉及一种中空碳纳米球及其制备方法。

背景技术

随着科研工作者对不同类型碳材料的深入探究，薄壳中空碳纳米球由于其高比表面积、高孔体积、优良的导电性、稳定的化学性质，被广泛应用于催化剂载体、分离材料、超级电容器及锂离子电池电极材料等领域。当通过将杂原子掺入到碳材料时，可以使其在储能领域的应用前景更加广阔。

目前用于合成中空碳纳米球的方法多为模板法、有机物高温热解法、气相沉积法、激光蒸馏法、电弧放电法等。其中模板法作为一种形貌可控性好的方式，常被用来制备薄壳中空碳纳米碳球，同时有利掺杂元素的加入。

在文献Template-free synthesis of interconnected hollow carbonnanospheres for high-performance anode material in lithium-ion batteries(Adv.Energy Mater.,2011,1,798–801)中，Fu-Dong Han等人首先把锌与碳源葡萄糖放入不锈钢高压反应釜中，加热到550℃并保持10h，待反应结束后用稀盐酸洗涤，放于50℃烘箱中干燥10h，得到粒径80nm壁厚10nm的中空碳纳米球，比表面积为270m²g^-1，可用作锂电负极的活性物质。

现有中空碳纳米球具有比表面积偏低、电化学性能较差、成本较高、难以大规模应用等缺点。

发明内容

本公开的目的是提供一种中空碳纳米球及其制备方法，本公开提供的中空碳纳米球比表面积大，超电容性能好；本公开提供的中空碳纳米球的制备方法成本低。

为了实现上述目的，本公开提供一种中空碳纳米球，所述中空碳纳米球的外径为20-100纳米，球壳厚度为0.4-3.2纳米，比表面积为600-900米²/克，所述比表面积采用GB/T5816-1995标准方法进行测定。

可选的，所述中空碳纳米球的球壳厚度为1-2纳米。

可选的，以原子的个数计并以所述中空碳纳米球中原子总个数为基准，所述中空碳纳米球中硫原子的原子分数为2.0-4.0％，氮原子的原子分数为2.0-3.0％。

本公开还提供一种所提供的中空碳纳米球的制备方法，该方法包括：

a、将渣油和球形纳米氧化镁颗粒分散在有机溶剂中，得到悬浮液；其中，所述球形纳米氧化镁颗粒的粒径为20-100纳米；

b、将步骤a中所得悬浮液中的有机溶剂去除，得到含有渣油和球形纳米氧化镁颗粒的固液混合物；

c、将步骤b中所得固液混合物在保护气氛下进行碳化处理以使渣油碳化，得到固体产物；

d、将步骤c中所得固体产物在酸溶液中进行酸洗处理以去除球形纳米氧化镁颗粒，得到中空碳纳米球。

可选的，在步骤a中，所述渣油、有机溶剂和球形纳米氧化镁颗粒的重量比为1：(10-80)：(1-10)。

可选的，在步骤a中，所述渣油、有机溶剂和球形纳米氧化镁颗粒的重量比为1：(20-50)：(2-5)。

可选的，所述有机溶剂为选自甲苯、乙苯、苯和石油醚中的至少一种，所述渣油为选自常压渣油、减压渣油、深拔蜡油、轻脱沥青油和焦化蜡油中的至少一种。