[发明专利]一种球状氮掺杂碳纳米材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明具体涉及纳米材料技术领域，特别是涉及一种球状氮掺杂碳纳米材料的制备方 法。

背景技术

随着社会经济的不断飞速发展，引发了严重的能源危机和环境问题，寻找一种可持续 发展的办法日益成为能源工业亟待解决的问题。碳材料的密度低、物理化学性质非常稳定， 同时具有较大的比表面积和生物相容性好等优点，在催化剂载体、复合材料的增强和电极 材料等方面具有重要应用价值，已经引起了广泛科学研究者的广泛关注，有望成为高科技 领域的先进材料，前景十分广阔。

纳米碳材料是一种廉价且稳定的储能和能量转换材料，但是原有的碳材料具有很多缺 点，将氮原子掺杂，能够提供孤电子对，同时能够改变碳原子的自旋密度和电荷密度，从 而提高电化学等性能。目前的氮原子掺杂制备过程复杂，还需要用到硬模板或者高温氨气 活化等方法，对生产的设备要求过高，导致生产成本过高，不利于商业化的大规模生产。 本发明制备过程避免使用强酸强碱的使用，具有环境友好型特点，操作简单方便，经济实 用性强，原料较为廉价易得，生产成本低。

发明内容

本发明主要解决现有氮掺杂碳纳米材料的制备过程对设备要求高、反应条件苛刻等技 术问题，从而提供一种简单可行的球状氮掺杂碳纳米材料的制备方法。

本发明的技术方案是这样实现的。

一种球状氮掺杂碳纳米材料的制备方法，具体步骤如下：

(1)将三聚氰胺置于马弗炉中焙烧，焙烧结束后，研磨，得到类石墨相氮化碳a-g-C₃N₄；

(2)将类石墨相氮化碳a-g-C₃N₄置于葡萄糖溶液中进行浸渍搅拌，得到混合溶液；

(3)将混合溶液转移到水热釜中进行水热处理，水热处理后，过滤、洗涤并烘干；

(4)将烘干后的固体焙烧处理，得到球状氮掺杂碳纳米材料。

本发明中，步骤(1)中，三聚氰胺质量为3mg-10mg，焙烧温度为400℃-700℃，焙烧时 间为1h-3h。

本发明中，步骤(2)中，葡萄糖和类石墨相氮化碳a-g-C₃N₄的质量比为3:1-2:1。

本发明中，步骤(2)中，葡萄糖溶液浓度为0.3-3mol/L，浸渍搅拌时间为4h-24h。

本发明中，步骤(3)中，水热温度为120℃-200℃，水热时间为8h-24h。

本发明中，步骤(4)中，焙烧温度为600℃-1000℃，焙烧时间为1h-4h。

与现有方案相比，本发明的有益效果在于：本发明制备过程避免使用强酸强碱的使用， 具有环境友好型特点，所制备的球状氮掺杂碳材料尺寸较为均一，操作简单方便，经济实 用性强，原料较为廉价易得，生产成本低，具有广阔的应用前景和市场潜力。

附图说明

图1是球状氮掺杂碳纳米材料的SEM图,a,b,c,d,e依次为 a-CN-0.3M,a-CN-0.5M,a-CN-1M,a-CN-1.5M,a-CN-2M。

图2是球状氮掺杂碳纳米材料的拉曼谱图,依次为 a-CN-0.3M,a-CN-0.5M,a-CN-1M,a-CN-1.5M,a-CN-2M。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明的技术方案做进一步的描述，但本发明并不限于下述 实施例。

图1是球状氮掺杂碳纳米材料的SEM图,a,b,c,d,e依次为 a-CN-0.3M,a-CN-0.5M,a-CN-1M,a-CN-1.5M,a-CN-2M；

图2是球状氮掺杂碳纳米材料的拉曼谱图,依次为 a-CN-0.3M,a-CN-0.5M,a-CN-1M,a-CN-1.5M,a-CN-2M。

实施例1

一种球状氮掺杂碳纳米材料的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)称取5mg的三聚氰胺，置于马弗炉中焙烧，焙烧时间为1h，三聚氰胺焙烧温度为 500℃，得到淡黄色固体，研磨备用，即得到淡黄色类石墨相氮化碳。

(2)配制一定浓度的葡萄糖溶液，葡萄糖和类石墨相氮化碳的质量比为3:1，葡萄糖溶 液浓度为0.3M，将淡黄色类石墨相氮化碳至于其中浸渍搅拌，搅拌时间为24h。

(3)将上一步骤的液体装入水热釜中进行水热处理，水热温度为150℃，水热时间为24h。

(4)水热处理后，经去离子水和乙醇洗涤数遍，烘干后备用，烘干温度是60℃。