[发明专利]水溶性KCl催化合成碳纳米片的方法及储能、缓释应用

说明书

一种水溶性KCl催化合成碳纳米片的方法以及其在储能、缓释中的应用，属于新能源材料和环保技术领域。包括以下步骤：1)将KCl置于真空干燥箱中干燥；2)干燥后的KCl置于反应炉内，然后通入氮气或惰性气体，以排除反应炉内的空气；3)反应炉加热至500～650℃，并在500～650℃下保温10～15min；4)向反应炉内通入C₂H₂，反应30～60min；5)反应结束后，取出样品，并在去离子水中超声洗涤，干燥。本发明采用水溶性KCl作为催化剂，避免了去除传统金属或金属氧化物催化剂的酸洗过程，清洁环保；本发明方法操作简单，成本低廉，清洁环保，可应用于储能与化肥缓释领域。

技术领域

本发明属于新能源材料和环保技术领域，具体涉及一种用水溶性KCl作为催化剂基体以及采用化学气相沉积法制备微纳尺度碳片的方法及其在储能和化肥缓释中的应用。

背景技术

近几十年，随着化石燃料成为社会发展的命脉资源，化石燃料枯竭、环境污染等问题逐渐显露出来，能源与环境问题已经成为世界各国关注的热点。在这样的背景下，能量储存急需寻找一种环境友好的新型替代能源。自20世纪90年代锂离子电池问世以来，锂离子电池由于具有比能量高、无记忆性、使用寿命长、轻便易携带等优点，逐渐引起人们的重视，到今天锂离子电池已经在市场中随处可见。随着市场对锂离子电池的需求快速增长，对锂资源的供应问题，以及锂离子电池的成本问题，逐渐暴露出来。在这样的背景下，研究人员逐渐把目光转向锂的同族元素——钠元素。钠离子电池最早开始研究于20世纪80年代左右，近十年开始逐渐成为研究热点，钠离子电池研究的兴起目的在于解决锂离子电池中存在的一些无法对冲的问题。碳材料无论对于锂离子电池还是钠离子电池都是一种十分具有潜力的负极材料，然而目前应用最为广泛的石墨对于锂离子电池理论容量低，不适宜于在高容量领域发展；对于钠离子电池，由于钠离子的离子半径较锂离子更大，因此石墨对于钠离子电池并不适用。近年来，对碳材料主要进行纳米化以及多孔化的研究，通过纳米化和多孔化可以增大材料比表面积，从而提高材料性能。

目前有多种纳米化以及多孔化碳材料的方法，如液体中的剪切剥离、石墨晶体的劈裂和化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)技术。在这些技术中，CVD是一种工艺简单的方法，可用于制备高质量、形貌可控的碳。用于生长碳材料的有效催化剂主要可分为两类：金属颗粒和金属氧化物。然而，对于这两种催化剂不可避免需要酸洗来消除这些基板，不仅对碳的结构具有一定的损害，也可能污染样本，同时对环境不友好并且不经济。因此，需要寻找一种高效和经济的碳生长基质，以解决现有催化剂存在的问题。

另外，在农业方面，钾肥等化肥是重要的农用物资，对提高农作物产量具有重要作用。但在实际的使用过程中，雨水等的冲刷导致化肥的利用率低，为了增加产量，人们只有增大化肥的使用量，导致了化肥的滥用，进而引起了一系列的问题。一方面，投入到土壤中的钾肥等化肥，未被农作物吸收的一部分沉积在土壤中，影响作物对钙、镁等离子的吸收，降低农作物产量；另一方面，在雨水的冲刷作用下，化肥会进入江河中，造成水体的富营养化，对水质以及水生物极为不利。针对这一问题，目前的解决方法主要包括通过法律法规严格控制化肥的投入量以及用农家肥代替传统化肥等。在本发明中，我们提出一种缓释化肥的方法，通过用碳包覆钾肥，减缓其在雨水天气中的大量流失，保持在土壤中较高的肥效作用，是一种减少化肥污染、提升肥效的绿色途径。

发明内容

本发明的目的在于，针对背景技术存在的缺陷，提出一种水溶性KCl催化合成碳纳米片的方法以及其在储能、缓释中的应用。本发明采用水溶性KCl作为催化剂，避免了去除传统金属或金属氧化物催化剂的酸洗过程，清洁环保；并且可将洗涤后的KCl再次循环使用，极大提高了原材料的利用率，降低了成本；未经洗涤的KCl@C还可作为一种缓释钾肥投入农业生产，解决了目前严重的化肥污染问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种水溶性KCl催化合成碳纳米片的方法，其特征在于，包括以下步骤：