[发明专利]一种碳材料、其制备方法和应用

权利要求书

1.一种碳材料的制备方法，其特征在于，包括：

a)获得层状双羟基化合物模板材料；

b)在反应设备中通过化学气相沉积法在所述层状双羟基化合物模板材料的表面生长碳层；

c)去除所述层状双羟基化合物模板材料，得到所述碳材料。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)包括以下步骤：使含有金属盐和尿素的混合溶液反应，制备得到所述层状双羟基化合物模板材料；

优选地，所述金属盐包括镁盐、铝盐、镍盐和钴盐中的至少一种；

优选地，所述金属盐包括金属硝酸盐、金属碳酸盐中的至少一种；

优选地，所述金属盐为镁盐和铝盐；

所述镁盐包括水合硝酸镁；

所述铝盐包括水合硝酸铝；

所述镁盐、所述铝盐和所述尿素的摩尔浓度之比为：1～4:1:10～20；

优选地，所述含有金属盐和尿素的混合溶液的溶剂为水、甲醇、乙醇、乙二醇中的一种或多种的组合；

优选地，步骤a)中，所述反应为水热反应；

所述水热反应的反应温度为100～200℃；

所述水热反应的反应时间为4～10h。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述层状双羟基化合物模板材料为含有Mg元素和Al元素的层状双羟基化合物；

优选地，所述层状双羟基化合物模板材料的颗粒呈花状；

所述层状双羟基化合物模板材料的颗粒粒径大小介于1～2μm的范围内。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)还包括反应后对层状双羟基化合物模板材料进行分离、干燥；

所述干燥包括冷冻干燥、真空干燥、鼓风干燥中的一种或多种的组合。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述化学气相沉积法中，反应原料包括：碳源和还原剂；

优选地，所述碳源包括甲烷、乙炔、乙烯烃和乙醇中的至少一种；

所述还原剂包括氢气；

优选地，所述化学气相沉积法中化学气相沉积的沉积温度为900～1000℃；

通气时间为5～20分钟；

优选地，化学气相沉积过程中，碳源的气流量为阈洗值；

还原剂的气流量为80～100sccm；

优选地，所述反应设备中含有非活性气体；

所述非活性气体的气流量为200～300sccm；

所述非活性气体包括氩气，氮气中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤c)中，通过湿法蚀刻去除所述层状双羟基化合物模板材料；

优选地，所述湿法蚀刻所用蚀刻剂包括碱性溶液或酸性溶液中的至少一种；

所述湿法蚀刻的蚀刻时间为：2～24h；

优选地，所述碱性溶液的浓度为5～15mol/L；

所述碱性溶液选自氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液中的至少一种；

优选地，所述酸性溶液的浓度为10～15mol/L；

所述酸性溶液选自盐酸溶液、硝酸溶液、磷酸溶液或硫酸溶液中的至少一种。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤c)包括：

将步骤b)中生长有碳层的层状双羟基化合物模板材料置于碱性溶液中，50～100℃恒温保持4～8小时，离心、洗涤后置于酸性溶液中去除所述层状双羟基化合物模板材料，离心、干燥后得到所述碳材料；

优选地，所述碱性溶液为10mol/L的氢氧化钠溶液；

所述酸性溶液为浓盐酸。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳材料为石墨化碳材料，所述石墨化碳材料的颗粒呈花状；

所述石墨化碳材料的颗粒粒径大小介于1～2μm的范围内；

所述石墨化碳材料的比表面积为1000m²·g^-1～1100m²·g^-1。