[发明专利]一种高纯中空碳纳米洋葱的规模化制备方法

说明书

本发明公开了一种高纯中空碳纳米洋葱的规模化制备方法，以气态烷烃烯烃为碳源、钴盐为主催化剂、氧化镁为助催化剂进行化学气相沉积反应，冷却后通过酸处理纯化后得到具有中空球形结构的碳纳米葱碳。本发明原料易得、工艺简单、性能良好、成本较低，适于工业化生产，具有广阔的应用前景，制备的石墨化洋葱碳材料，将石墨化温度大大降低，适度的石墨化结构使其具有优异的电磁波吸收性能。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备工艺技术领域，尤其涉及一种高纯中空碳纳米洋葱的规模化制备方法。

背景技术

碳纳米洋葱(多层富勒烯)于1980年被日本学者饭岛澄男采用高分辨透射电镜观察到，但由于当时富勒烯尚未被发现，碳纳米洋葱并未引起过多关注。直到1992年，乌加特采用电子束照射炭灰得到准球形碳纳米洋葱颗粒，碳纳米洋葱才逐渐成为研究热点。作为一种新型的零维碳纳米材料，其发现同富勒烯一样表明了碳纳米材料边缘的空档键可以消除，也即在纳米尺度上，碳能量最低的完美结构并不是二维平面的，而是三维球状的。当碳纳米洋葱内部有空腔时被称之为中空碳纳米洋葱，这将进一步减小碳纳米洋葱的密度并增加其比表面积。中空碳纳米洋葱独特的理化性质，使其在超级电容器、锂离子电池、传感、催化与吸波等应用领域中逐渐崭露头角。【Zhang C,Li J,Liu E,He C,Shi C,Du X,etal.Synthesis of hollow carbon nano-onions and their use for electrochemicalhydrogen storage.Carbon.2012；50:3513-21.】中采用化学气相沉积法制备中空碳纳米洋葱，【Klose M,Reinhold R,Pinkert K,Uhlemann M,Wolke F,Balach J,etal.Hierarchically nanostructured hollow carbon nanospheres for ultra-fast andlong-life energy storage.Carbon.2016；106:306-13.】分解金属有机框架制备中空碳纳米洋葱，【Luo S,Li J,Zhang X,Lin Q,Fang C.Preparation of monodispersed hollowcarbon spheres by direct pyrolysis of coal-tar pitch in the presence ofaluminum isopropoxide.Journal of Analytical and Applied Pyrolysis.2018；135:10-4.】采用热解法制备中空碳纳米洋葱，但是截至到目前为止尚未有大规模制备中空碳纳米洋葱的方法，且上述文献所制备的碳纳米洋葱均含有内嵌金属杂质，无法去除从而影响碳纳米洋葱的纯度。

因此，为克服上述碳纳米洋葱在实际应用中的不利因素，本发明通过易去除的氧化镁助催化剂为载体均匀分散钴盐，以免其在高温下通过奥式熟化作用团聚长大，最终制备出高纯纳米尺度的碳纳米洋葱。该方法简便易行、对设备要求低、成本低、能耗低，同时对环境与操作人员友好。

发明内容

本发明为解决目前的技术不足之处，提供了一种高纯中空碳洋葱的规模化制备方法，其可以大规模制备中空碳洋葱，其纯度高达99％，所制备的中空碳纳米洋葱具有良好的吸波隐身性能。

一种高纯中空碳纳米洋葱的规模化制备方法，其特征在于，以气态烷烃烯烃为碳源，在催化剂存在的条件下，于水平管式炉中进行化学气相沉积反应，冷却后通过酸洗得到中空碳纳米洋葱。

所述的碳源可以包括：甲烷、煤层气、沼泽气、乙烯、乙炔的一种或多种。

作为优选，所述的化学气相沉积反应，其具体过程为：首先将盛有催化剂的石英舟置于水平管式炉中部，在保护气氛围下，由室温升温至700℃；通入碳源气体反应60min，然后关闭碳源气体降温至室温。

所述的催化剂为0.5～1000g。

所述的保护气可以为氮气、氩气、氦气中的一种或多种。