[发明专利]一种重力场辅助的基于碳量子点调控碳材料缺陷密度的方法

说明书

本发明属于碳材料制备技术领域，一种重力场辅助的基于碳量子点调控碳材料缺陷密度的方法，包括以下步骤：(1)将碳材料溶于第1乙醇溶液中，再将碳量子点溶于第2乙醇溶液中并分别对第1、2乙醇溶液进行第1次超声处理使其分散均匀，然后将第1、2乙醇溶液混合进行第2次超声处理至混合均匀，得到碳材料耦合碳量子点前驱体溶液。(2)将步骤1得到的碳材料耦合碳量子点前驱体溶液转移至离心管并置于高速离心机中进行表面增强的耦合反应，得到碳材料耦合碳量子点复合材料，通过重力场辅助调控碳材料缺陷密度。本发明方法可实现快速且精确调控不同碳材料的缺陷密度，具有工艺简单、能耗低、耗时短、易于规模化生产等优点。

技术领域

本发明涉及一种重力场辅助的基于碳量子点调控碳材料缺陷密度的方法，属于碳材料制备技术领域。

背景技术

碳材料由于其原料来源广泛、结构可控、化学稳定性好、导电性好等优点，已经成为取代贵金属催化剂的有效材料之一，被广泛应用于锂离子电池、超级电容器和太阳能电池等领域。但完整的石墨结构基面虽然有利于电荷的输运，却往往表现出催化惰性，这就限制了碳材料的整体性能。为了更好地利用其优异的导电性能及激发潜在的催化活性，利用缺陷以实现暴露更多的活性位点是提高其性能切实有效的途径之一。将长程有序的石墨结构基面缩短至短程有序时，制备得到的碳量子点就会暴露出更多的边缘活性位点，就电催化材料体系而言，表面上更多活性位点的暴露有助于与电解质反应物完全接触，因此可提高电催化活性。但是由于碳量子点自身易于团聚且其导电性能差，需要与其它具有长程有序导电碳材料耦合来调节其分散性并同时调控其性能，以更好地发挥催化能力。然而，具有长程有序与短程有序骨架结构的碳材料间的耦合与优化一直是个挑战性的课题。众所周知，π-π共轭作用是碳材料构筑基元之间的主要作用方式，基于该作用机制，控制纳米尺度碳量子点在碳基底或者基面的浓度，就能够实现碳材料缺陷密度调控的目的。尽管目前有很多耦合方法，例如水热法、电化学沉降法等，但是这些方法普遍耗时且过程复杂，在制备过程中难以实现对材料缺陷密度的精确调控。因此，开发简单且有效的耦合策略，集成碳量子点优异的催化性能和其它碳材料优异的导电性，以制备高效的碳基复合材料具有重要的意义。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种重力场辅助的基于碳量子点调控碳材料缺陷密度的方法。本发明方法工艺简单且安全、能耗低、绿色环保、耗时短且易于规模化生产以制备缺陷密度可调控的碳材料，解决了现有技术难以实现快速且精确调控碳材料的缺陷密度问题。

为了实现上述发明目的，解决已有技术中所存在的问题，本发明采取的技术方案是：一种重力场辅助的基于碳量子点调控碳材料缺陷密度的方法，包括以下步骤：

步骤1、将100～500mg碳材料溶解于50～100mL的第1乙醇溶液中，再将5～10mg碳量子点溶解于10～15mL的第2乙醇溶液中并分别对第1、2乙醇溶液进行第1次超声处理使其分散均匀，然后将第1、2乙醇溶液混合进行第2次超声处理至混合均匀，得到碳材料耦合碳量子点前驱体溶液，所述碳材料选自碳纳米管、碳球、碳分子筛、活性炭或碳纳米带中的一种，所述碳量子点的粒径为3～10nm，所述第1，2次超声处理时间均为10～30min；

步骤2、将步骤1得到的碳材料耦合碳量子点前驱体溶液转移至离心管并置于高速离心机中进行表面增强的耦合反应，得到碳材料耦合碳量子点复合材料，通过重力场辅助调控碳材料缺陷密度，所述高速离心机的转速控制在10000～18000rpm，离心时间控制在5～15min。