[发明专利]一种提高碳化物衍生碳结构有序性的方法

说明书

技术领域

本发明属于新型碳材料领域，特别涉及一种碳材料的制备方法。

背景技术

碳化物衍生碳（CDC）是通过对碳化物进行选择性蚀刻，除掉其中的金属原子制备而成的一种新型碳纳米材料。研究表明：碳化物衍生碳在诸如储氢、催化剂载体、分子筛、超级电容器等很多领域具有巨大的应用前景。

众所周知，材料的性能与其结构密切相关。对于CDC而言，其结构有序性对其性能有重要影响。引入活性金属元素是调控碳化物衍生碳结构有序性的有效方法之一。例如，Ji-Hoon Jeong等人的研究发现，直接将金属铁粉末覆盖在碳化硅块体表面之后进行氯化处理，所获碳化物衍生碳的结构有序性明显提高。Maike Kaarika 等将SiC粉末与作为催化剂的钴、镍、铁的氯化物混合之后进行氯化处理，发现二价钴，二价镍，三价铁同样具有提高CDC结构有序性的作用。但是，上述方法均存在催化剂直接暴露在氯气环境中，氯化处理期间消耗大、利用率较低的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、能有效发挥金属催化剂作用的提高碳化物衍生碳结构有序性的方法。本发明的方法主要是以碳化硅和活性金属元素铁为反应原料，对二者进行球磨混合处理，再对球磨混合后的反应原料进行卤化反应。

本发明的技术方案如下：

（1）反应原料的球磨混合处理：反应原料为碳化硅粉体和纯铁粉体，按碳化硅粉体与纯铁粉体的质量比为5~10:1，将上述两种原料放入高能球磨机中进行球磨混合处理。球磨时的研磨体为氧化锆陶瓷球，陶瓷球与上述原料粉体的质量比（即球料比）为5~7:1，球磨机的转速为220~260转/分，球磨时间为8~12小时。为防止球磨期间原料粉体发生团聚，选用乙醇作为分散剂。碳化硅粉体与纯铁粉体混合物在球磨混合期间发生破碎、焊合等过程，碳化硅粉体能够对纯铁粉体形成一定程度的包裹保护作用。

（2）碳化物衍生碳的制备：将上述球磨混合后的原料粉体放入熔融石英管式炉中，抽真空至0.05~1Pa后通入氩气，将管式炉升温至800~1000℃，再通入氯气，流速为20~30ml/min，时间为2~3小时；反应结束后再次通入氩气，利用氩气流的冲刷作用去除碳化硅粉体表面残留的四氯化硅等氯化物，冷却至室温后即可获得具有较高结构有序性的碳化物衍生碳。

本发明与现有技术相比具有如下优点：工艺简单，并能够避免铁在氯化制备衍生碳期间优先与氯气反应发生流失，进而能更为有效发挥其催化作用，提高碳化物衍生碳结构有序性。

附图说明

图1是本发明实施例1所获得碳化物衍生碳与未经球磨预处理所获得的碳化物衍生碳对比XRD谱图。

图2是本发明实施例2所获碳化物衍生碳与搅拌混入铁粉所获得的碳化物衍生碳对比XRD谱图。

图3是本发明实施例3所获得碳化物衍生碳的XRD谱图。

具体实施方式

实施例1

取纯度为99.5%、粒度为800目的碳化硅粉体5g以及纯度为99.0%、粒度为300目的铁粉体1g，将上述两种粉体和42g氧化锆陶瓷球放入高能球磨机中进行球磨混合处理，同时加入20ml乙醇作为分散剂，以防止球磨期间原料粉体发生团聚，球磨机的转速为260转/分，球磨时间为12小时。

将上述球磨混合后的原料粉体放入熔融石英管式炉中，抽真空至1Pa后通入氩气，将管式炉升温至800℃，再通入氯气，流速为30ml/min，时间为2小时；反应结束后再次通入氩气，利用氩气流的冲刷作用去除碳化硅粉体表面残留的四氯化硅等氯化物，冷却至室温后即可获得具有较高结构有序性的碳化物衍生碳。

如图1所示，在高温卤化处理的工艺过程及参数相同的情况下，本实施例所获得碳化物衍生碳的有序性明显高于未经球磨预处理所获得的碳化物衍生碳。

实施例2

取纯度为99.5%、粒度为800目的碳化硅粉体10g以及纯度为99.0%、粒度为300目的铁粉体1g，将上述两种粉体和55g氧化锆陶瓷球放入高能球磨机中进行球磨混合处理，同时加入30ml乙醇作为分散剂，以防止球磨期间原料粉体发生团聚，球磨机的转速为220转/分，球磨时间为8小时。

将上述球磨混合后的原料粉体放入熔融石英管式炉中，抽真空至0.05Pa后通入氩气，将管式炉升温至900℃，再通入氯气，流速为20ml/min，时间为3小时；反应结束后再次通入氩气，利用氩气流的冲刷作用去除碳化硅粉体表面残留的四氯化硅等氯化物，冷却至室温后即可获得具有较高结构有序性的碳化物衍生碳。