[发明专利]一种氮掺杂空心碳纳米笼的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种空心碳纳米笼的制备方法，尤其是一种氮掺杂空心碳纳米笼的制备方法。

背景技术

空心碳纳米笼通常是制备碳纳米管过程中形成的副产物，而被长期忽视。然而这种独特的空心纳米结构具有独特的物理化学性质，有研究表明，其可望应用于催化、能源、分离、光学器件等诸多领域(Anvar A. Zakhidov, et al. Science 1998, 282, 897.; S. Han, et al. Adv. Mater. 2003, 15, 1922.; Ajayan Vinu et al., J. Porous Mater. 2006, 13, 379.; J. J. Niu, et al. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 10329.)。到目前为止，人们已经发展了几条技术路线来制备空心碳纳米笼，例如：电弧法、激光蒸发法、等离子体聚合法、气相化学沉积法(CVD)、超临界流体法等(S. Han, et al. Adv. Mater. 2003, 22,:1922.; Y. M. Ma, et al. Carbon 2005, 8, 1667.; J. Y. Miao, et al. Carbon 2004, 42, 813.; J. Cao, et al. J. Nanoparticle Res. 2004, 6, 447.)。上述合成方法的一个共同特点是合成空心碳纳米笼一般需要模板，用作模板的物质有金属粒子、高分子球和SiO₂球等(G. Hu, et al., Chem. Commun. 2002, 1948.; J. Jang, et al. Chem. Mater. 2003, 15, 2109.; J. Jang, et al. Adv. Mater. 2002, 14, 1390.)。制备过程一般是首先形成核/壳结构的碳胶囊，再根据内核材料选用合适的物理化学方法把核除去，最后得到空心碳纳米笼。对于高分子基纳米笼还需要进行高温碳化处理。由于以上方法涉及复杂的多步过程，且有些工艺使用的是有毒或环境不友好的试剂，因此这些工艺或多或少存在着不利因素。

200410024700.0“大量制备空心碳纳米笼的方法”公开了一种大量制备空心碳纳米笼的方法。用于纳米材料制备技术领域。首先制备实心碳纳米笼：将金属羰基类液体与低碳类有机液体均匀配比得反应溶液并置于容量瓶中，主反应器升温，并通入惰性气体，将反应溶液经电子蠕动泵由主反应器顶部喷入，在主反应器底部产物收集器中得到包裹有金属粒子的实心碳纳米笼；然后制备空心碳纳米笼：将得到的实心碳纳米笼置于纯硝酸或纯硝酸与蒸馏水混合溶液中，将此混和物置于超声振荡器中进行超声振荡；将振荡后的混合物加热，并加循环水回流冷却；再将混合物加蒸馏水稀释，直至溶液呈中性或接近中性，然后静置使固体物质沉积并倒掉上部液体，随即烘干，得空心碳纳米笼。

200510110213.0“大量制备空心碳纳米笼的方法”公开了一种大量制备空心碳纳米笼的方法，用于纳米材料制备技术领域。该发明首先制备实心碳纳米笼：将金属羰基类液体与低碳类有机液体均匀配比得反应溶液并置于容量瓶中，将主反应器升温，并通入惰性气体，将反应溶液经电子蠕动泵由主反应器端部喷射器喷入，在主反应器尾部产物收集器中得到包裹有金属粒子的实心碳纳米笼；然后制备空心碳纳米笼：将得到的实心碳纳米笼空气氧化，然后置于纯盐酸或纯盐酸与蒸馏水混合溶液中进行超声振荡；将振荡后的混合物加去离子水冲洗、过滤，直至溶液呈中性或接近中性，然后静置使固体物质沉积并倒掉上部液体，随即烘干，得空心碳纳米笼。

200610024088.6“固态下大量制备空心碳纳米笼的方法”公开了一种固态下大量制备空心碳纳米笼的方法，用于纳米材料制备技术领域。该发明首先大量制备有铁催化剂粒子均匀分布的非晶碳先驱体，然后对先驱体进行热处理通过固态反应获得空心碳纳米笼，最后将空心碳纳米笼进行后续处理除去催化剂，即得最后产物。