专利名称：一种制备碳纳米材料的碳源、碳纳米材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及纳米材料技术领域，更具体的说是涉及一种制备碳纳米材料的碳源、碳纳米材料的制备方法。
背景技术：
碳是化学稳定性极好的物质，在常温和普通环境下适用，几乎呈化学惰性，而且，碳也是元素周期表中唯一具有从零维到三维同素异形体的元素，其独特的性质和多种多样的形态吸引着科学家们广泛的关注与研究。碳纳米材料的结构、维度、形貌、尺寸等因素对它们的性能有着重要影响。因而，碳纳米材料的调控合成是碳纳米技术发展的重要组成部分，也是探索碳纳米材料性能及应用研究的基础。碳纳米材料的合成方法有很多，但是最常采用的方法有以下四种激光蒸发法(laser-ablation methods)、电弧放电法(arc-discharge methods)、化学气相沉积法(chemical vapor deposition, CVD methods)以及溶剂热合成方法(solvothermalsynthetic method)。现有的制备碳纳米材料的主要方法存在以下不足1、合成温度较高，对反应设备要求较高，生产成本较高；2、大多数需要催化剂。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种制备碳纳米材料的碳源、碳纳米材料的制备方法。使用本发明碳源制备纳米材料，具有很高的适用性，制备方法具有产品易得、反应温度较低、无需使用催化剂、 对反应设备要求低、生产成本低等特点。为解决上述技术问题，本发明的技术方案是—种制备碳纳米材料的碳源，其组分及体积配比为N，N- 二甲基甲酰胺1-50份，卤代甲烷1-50份；所述卤代甲烷选自四氯化碳、三氯甲烷、二氯甲烷中的一种或几种。一种碳纳米材料的制备方法，包括以下步骤a、将碳源组分按配比混合搅拌，混合完全；b、将洁净干燥的金属片放置于刚玉舟上并放入管式炉中；C、将步骤a中配好的碳源用氮气吹入管式炉中，在40(T70(TC下反应0. 5h以上；d、反应完毕后，将金属片浸泡于蒸馏水中Ih以上，取出烘干。所述步骤b中金属片为铜片或不锈钢片；步骤c中氮气流速为0. 1-lL/min ;步骤d中烘干为真空干燥，温度20-60°C。一种碳纳米材料的制备方法，包括以下步骤a、将碳源按配比混合搅拌,混合完全；b、将步骤a配好的碳源倒入高压釜中，在15(T210°C下，反应Ih以上，然后自然冷
却至室温；C、将产物洗涤干净，烘干，即制得碳纳米材料。
所述步骤c烘干温度为50_100°C。使用本发明碳源制备纳米材料，主要是利用卤代甲烷在一定的温度下导致碳卤键均裂，并引发链式反应，N，N-二甲基甲酰胺做为卤自由基的吸收剂，使得碳卤键均裂反应朝生成碳的方向进行。本发明具有很高的适用性，制备方法具有产品易得、反应温度较低、无需使用催化剂、对反应设备要求低、生产成本低等特点。
图1-2为实施例1制备的碳纳米材料的扫描电镜照片、拉曼图谱；图3为实施例2制备的碳纳米材料的扫描电镜照片；图4为实施例3制备的碳纳米材料的扫描电镜照片；图5为实施例4制备的碳纳米材料的扫描电镜照片；图6为实施例5制备的碳纳米材料的扫描电镜照片；图7、为实施例6制备的碳纳米材料的扫描电镜照片、拉曼图谱、傅立叶红外图谱；图10为实施例7制备的碳纳米材料的扫描电镜照片。图11为实施例8制备的碳纳米材料的扫描电镜照片。图12为实施例9制备的碳纳米材料的扫描电镜照片。
具体实施例方式实施例1:一种制备碳纳米材料的碳源，其组分及体积配比为N，N- 二甲基甲酰胺I份，四氯化碳I份；一种碳纳米材料的制备方法，包括以下步骤a、在室温下，将IOml的N，N-二甲基甲酰胺倒入烧杯中，然后加入IOml的四氯化碳，室温下搅拌IOmin,使两种溶液完全混合；b、将铜片放置烧杯内，加入乙醇溶液使铜片完全浸泡在铜片内，超声洗涤lOmin，低温真空烘干，烘干后放置于刚玉舟上并放入管式炉中；C、将步骤a中配好的溶液由流速为O. 2L/min的氮气吹入管式炉中，在400°C下反应Ih ；d、反应完毕后，将铜片浸泡于蒸馏水中lh，最后30°C下真空干燥。制备的碳纳米材料的扫描电镜照片、拉曼图谱见图1、图2。由扫描电镜图片显示，在铜片基底上沉积了一层薄薄的碳纳米材料。由拉曼图谱显示,有两个强峰,分别位于1356 CnT1和1594 cnT1处,它们是碳纳米材料典型的Raman峰位于1356 cm—1处的峰对应于二维石墨片层边缘或缺陷处具有悬键的碳原子振动；而1594 cm-1处的峰对应于石墨的E2g振动模式，它和平面石墨晶格中sp2杂化的碳原子振动有关。而位于1594 cnT1处的峰强度高于位于1356 cnT1处的峰，说明产物中碳原子在二维平面上的有序度比较高。实施例2:一种制备碳纳米材料的碳源，其组分及体积配比为N，N- 二甲基甲酰胺I份，四氯化碳5份；一种碳纳米材料的制备方法，包括以下步骤a、在室温下，将IOml的N，N-二甲基甲酰胺倒入烧杯中，然后加入50ml的四氯化碳，室温下搅拌IOmin,使两种溶液完全混合；b、将洁净干燥的铜片放置于刚玉舟上并放入管式炉中；C、将步骤a中配好的溶液由流速为O. 5L/min的氮气吹入管式炉中。在500°C下反应Ih ；d、反应完毕后，将铜片浸泡于蒸馏水中1. 5h，最后20°C下真空干燥。制备的碳纳米材料的扫描电镜照片见图3。由扫描电镜图片显示，在铜片基底上沉积的碳纳米材料层较厚。实施例3:一种制备碳纳米材料的碳源，其组分及体积配比为N，N- 二甲基甲酰胺50份，四氯化碳I份；一种碳纳米材料的制备方法，包括以下步骤a、在室温下，将50ml的N，N-二甲基甲酰胺倒入烧杯中，然后加入Im;的四氯化碳，室温下搅拌15min,使两种溶液完全混合；
b、将洁净干燥的不锈钢片放置于刚玉舟上并放入管式炉中；C、将步骤a中配好的溶液由流速为O. lL/min的氮气吹入管式炉中，在600°C下反应 O. 8h ;d、反应完毕后，将铜片浸泡于蒸馏水中lh，最后60°C下真空干燥。制备的碳纳米材料的扫描电镜照片见图4。由扫描电镜图片显示，铜片基底上有一些小块，碳纳米材料层很厚。实施例4:一种制备碳纳米材料的碳源，其组分及体积配比为N，N- 二甲基甲酰胺I份，四氯化碳30份；一种碳纳米材料的制备方法，包括以下步骤a、在室温下，将Iml的N，N-二甲基甲酰胺倒入烧杯中，然后加入30ml的四氯化碳，室温下搅拌IOmin,使两种溶液完全混合；b、将洁净干燥的铜片放置于刚玉舟上并放入管式炉中；C、将步骤a中配好的溶液由流速为O. 4L/min的氮气吹入管式炉中，在700°C下反应 O. 5h ;d、反应完毕后，将铜片浸泡于蒸馏水中2h，最后40°C下真空干燥。制备的碳纳米材料的扫描电镜照片见图5。由扫描电镜图片显示，铜片基底上沉积的碳呈现出瘪状的球形。实施例5 一种制备碳纳米材料的碳源，其组分及体积配比为N，N- 二甲基甲酰胺3份，三氯甲烷2份；一种碳纳米材料的制备方法，包括以下步骤a、在室温下，将30ml的N，N-二甲基甲酰胺倒入烧杯中，然后加入20ml的四氯化碳，室温下搅拌IOmin,使两种溶液完全混合；b、将洁净干燥的铜片放置于刚玉舟上并放入管式炉中；C、将步骤a中配好的溶液由流速为O. 9L/min的氮气吹入管式炉中，在550°C下反应1. 2h ;d、反应完毕后，将铜片浸泡于蒸馏水中1. 5h，最后50°C下真空干燥。制备的碳纳米材料的扫描电镜照片见图6。由扫描电镜图片显示，铜基底上有较厚的碳层，并且有少量的小块。实施例6:一种制备碳纳米材料的碳源，其组分及体积配比为N，N- 二甲基甲酰胺I份，四氯化碳1. 5份；一种碳纳米材料的制备方法，包括以下步骤a、在室温下，将IOml的N，N-二甲基甲酰胺倒入烧杯中，然后加入15ml的四氯化碳，室温下搅拌IOmin,使两种溶液完全混合；b、将步骤a中得到的混合溶液倒入60mL的高压釜中，在210°C下，反应lh，然后自然冷却至室温。将收集到的产物用去离子水和乙醇各洗涤3次，最后，70°C烘干样品，即可。制备的碳纳米材料的扫描电镜照片、拉曼图谱、傅立叶红外图谱见图疒9。由扫描电镜图片显示，产物呈现一种无序的片层状；由拉曼图谱显示,有两个强峰,分别位于1361 cnT1和1594 cnT1处。它们是碳纳米材料典型的Raman峰位于1361cm—1处的峰对应于二维石墨片层边缘或缺陷处具有悬键的碳原子振动；而1594 cm-1处的峰对应于石墨的E2g振动模式，它和平面石墨晶格中sp2杂化的碳原子振动有关。而位于1594 cm—1处的峰强度高于位于1361cm—1处的峰，说明产物中碳原子在二维平面上的有序度比较高；由傅立叶红外图谱，进一步说明产物是碳纳米材料。数据如下
吸收峰位(cm.1)归属官能团
3400水分子的伸缩振动
2930CH2烷烃反对称伸缩振动
2870CH2烷烃对称伸缩振动
1715芳香醛C=O伸缩振动
1630氧化石墨吸附水分子弯曲振动
1446、1^98氧化石墨边缘羧基C-O伸缩振动
1260氧化石墨表面C-O-C伸缩振动
1060氧化石墨基面C-OH伸缩振动表明产物为碳纳米材料，产物表面有一些氧化基团。实施例7:一种制备碳纳米材料的碳源， 其组分及体积配比为N，N- 二甲基甲酰胺I份，四氯化碳45份；一种碳纳米材料的制备方法，包括以下步骤a、在室温下，将Iml的N，N-二甲基甲酰胺倒入烧杯中，然后加入45ml的四氯化碳，室温下搅拌IOmin,使两种溶液完全混合；b、将步骤a中得到的混合溶液倒入60mL的高压釜中，在180°C下，反应1. 2h，然后自然冷却至室温；将收集到的产物用去离子水和乙醇各洗涤3次，最后，95°C烘干样品。制备的碳纳米材料的扫描电镜照片见图10。由扫描电镜图片显示，其产物的颜色呈现黑色，产物尺寸非常小。实施例8:一种制备碳纳米材料的碳源，其组分及体积配比为N，N- 二甲基甲酰胺20份，三氯甲烷7份；一种碳纳米材料的制备方法，包括以下步骤a、在室温下，将20ml的N，N-二甲基甲酰胺倒入烧杯中，然后加入7ml的四氯化碳，室温下搅拌IOmin,使两种溶`液完全混合；b、将步骤a中得到的混合溶液倒入60mL的高压釜中，在150°C下，反应2h，然后自然冷却至室温；将收集到的产物用去离子水和乙醇各洗涤3次，最后，55°C烘干样品。制备的碳纳米材料的扫描电镜照片见图11。由扫描电镜图片显示，其产物的颜色呈现黑色，产物尺寸非常小。实施例9:一种制备碳纳米材料的碳源，其组分及质量配比为N，N-二甲基甲酰胺10份，二氯甲烷10份；一种碳纳米材料的制备方法，包括以下步骤a、在室温下，将IOmL的N，N-二甲基甲酰胺倒入烧杯中，然后加入IOmL的四氯化碳，室温下搅拌IOmin,使两种溶液完全混合；b、将步骤a中得到的混合溶液倒入60 mL的高压釜中，在150°C下，反应lh，然后自然冷却至室温；将收集到的产物用去离子水和乙醇各洗涤3次，最后，85°C烘干样品。制备的碳纳米材料的扫描电镜照片见图12。由扫描电镜图片显示，其产物的颜色呈现黑色，产物尺寸非常小。
权利要求
1.一种制备碳纳米材料的碳源，其组分及体积配比为N，N- 二甲基甲酰胺1-50份，卤代甲烷1-50份。
2.如权利要求1所述的碳源，其特征在于所述卤代甲烷选自四氯化碳、三氯甲烷、二氯甲烷中的一种或几种。
3.—种碳纳米材料的制备方法，包括以下步骤 a、将碳源组分按配比混合搅拌，混合完全； b、将洁净干燥的金属片放置于刚玉舟上并放入管式炉中； C、将步骤a中配好的碳源用氮气吹入管式炉中，在40(T70(TC下反应O. 5h以上； d、反应完毕后，将金属片浸泡于蒸馏水中Ih以上，取出烘干。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述步骤b中金属片为铜片或不锈钢片。
5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述步骤c中氮气流速为O.1-lL/min。
6.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述步骤d中烘干为真空干燥，温度20-60。。。
7.—种碳纳米材料的制备方法，包括以下步骤 a、将碳源按配比混合搅拌，混合完全； b、将步骤a配好的碳源倒入高压釜中，在15(T210°C下，反应Ih以上，然后自然冷却至室温； C、将产物洗涤干净，烘干，即制得碳纳米材料。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于所述步骤c中烘干温度为50-100°C。
全文摘要
本发明公开了一种制备碳纳米材料的碳源、碳纳米材料的制备方法，碳源其组分及体积配比为N,N-二甲基甲酰胺1-50份，卤代甲烷1-50份；制备方法步骤包括碳源混合、将碳源在管式炉或者在高压釜中加热反应、用水浸泡、洗涤溶解杂质、烘干。本发明具有很高的适用性，制备方法具有产品易得、反应温度较低、无需使用催化剂、对反应设备要求低、生产成本低等特点。
文档编号B82Y30/00GK103058170SQ1000258
公开日4月24日 申请日期1月4日 优先权日1月4日
发明者方臻, 樊钒, 汪晨燕 申请人:安徽师范大学
