[发明专利]中空亚微米碳球及其制备方法

说明书

本发明提供一种中空亚微米碳球及其制备方法，中空亚微米碳球的制备方法包括如下步骤：配置气溶胶喷雾所需的碱性环糊精溶液，伴随载气通入气溶胶喷雾装置，当氮气流过气溶胶发生器时由于文丘里原理将配好的碱性环糊精溶液喷成气溶胶状小液滴，然后气溶胶小液滴沿着管路进入管式高温炉发生溶剂蒸发、氢氧化钠催化作用、高温脱水炭化的过程，中空亚微米碳球在氮气的带动下被收集在过滤器中的滤膜上。在氮气的保护下在管式炉中加热退火，冷却至室温得到中空亚微米碳球。本发明中空亚微米碳球的制备方法简单、易行，原料无毒，来源广泛；通过对前驱体质量的调节，能有效地控制碳球的大小及结构，而不需要任何硬或软模板。

技术领域

本发明涉及材料技术，尤其涉及一种中空亚微米碳球及其制备方法。

背景技术

近年来，随着气候变化和传统化石燃料的快速消耗，可持续能源的开发已被广泛探讨。它也密切相关的环境友好的能源转换和存储技术。由于超级电容器功率密度高、循环寿命长、维护成本低，原理简单，环境污染小，已经吸引了大量的关注。目前，超级电容器在很多领域中有广泛的应用，包括能源管理、消费电子、工业电源、存储备份。因为影响超级电容器性能的关键因素是电极材料，所以电极材料的发展具有十分重要的意义。碳基材料以其良好的物理化学稳定性、较低的成本、高的导电率和环境友好的优势，是目前应用最广泛的电极材料。特别是，由于中空碳球高的比表面积，较短的扩散距离，良好的机械强度和独特的壳特征，已引起关注。

本文在前人研究的基础上，中空亚微米碳球具有良好的导电性和导热性，高比表面积，优秀的机械性能，因而在近年来越来越受到人们的关注。最近，大量的工作一直致力于制备中空亚微米碳球。

中空亚微米碳球一直有着不同的合成策略。中空亚微米碳球生产途径可以分为两种包括硬模板法和软模板法。硬模板是碳的前体，如多巴胺，三聚氰胺，吡咯和吡啶，经炭化过程和随后的模板去除而制得。软模板法是基于分解的两亲分子与碳前驱体的协同自组装。然而，在许多情况下，前体通常是昂贵且有毒，并且合成方法通常涉及多个步骤如删除硬模板和两亲分子，这大大提高了制备成本造成了环境污染。为了克服上述不足，亟需探索出更环保和可行的制备合成路线，特别是用一个简单的无模板自组装的方法。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述中空亚微米碳球的诸多方法局存在不同程度成本高、环境污染的问题，提出一种中空亚微米碳球的制备方法简单、易行，原料无毒，来源广泛；通过对前驱体质量的调节，能有效地控制碳球的大小及结构，而不需要任何硬或软模板。。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种中空亚微米碳球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将下重量配比如下的各组分进行混合：

将上述混合物放于恒温磁力搅拌器上搅拌使其充分溶解，得到前驱液；

步骤二、将步骤一得到的前驱液通过载气通入的气溶胶喷雾装置，产生的气溶胶小液滴沿着管路进入管式高温炉(当载气流过气溶胶发生器时由于文丘里原理将配好的β-环糊精溶液喷成气溶胶状小液滴，然后气溶胶小液滴沿着管路进入管式高温炉发生溶剂蒸发、高温脱水炭化的过程)，制备得到的碳球在氮气的带动下被收集在过滤器的滤膜上；

步骤三、用去离子水和乙醇洗涤步骤二制备得到的碳球，再将其放于烘箱将其充分烘干；

步骤四、将步骤三得到的碳球放入真空管式炉中，在氮气的保护下煅烧，自然冷却至室温得到中空亚微米碳球。

进一步地，步骤一将下重量配比如下的各组分进行混合：

将上述混合物放于恒温磁力搅拌器上搅拌使其充分溶解，得到前驱液。

进一步地，步骤一中，所述β-环糊精为溶于碱性水溶液的β-环糊精，优选为1份。