一種高度有序介孔石墨烯材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種納米復(fù)合材料的制備方法，尤其涉及一種高度有序介孔石墨稀材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]介孔有序石墨稀材料由于具有尚度的石墨化程度，極尚的結(jié)構(gòu)有序度，因此具有極為優(yōu)異的導(dǎo)電性能，非常有利于電子及離子的傳輸，使其在儲(chǔ)能領(lǐng)域如鋰電池及太陽(yáng)能電池等新能源材料領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景。不僅如此，由于介孔有序石墨烯材料具有巨大的比表面積及孔體積，使得其具有非常強(qiáng)的吸附能力，因此在吸附劑領(lǐng)域同樣具有非常重要的地位，并且也使得其在催化劑、儲(chǔ)氫材料、藥物載體等方面具有非常重要的應(yīng)用如景。另外，有序介孔石墨稀材料還具有耐尚溫、耐酸喊、強(qiáng)度尚、傳熱性尚等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]有序介孔石墨烯材料由于其結(jié)構(gòu)的特異性及制備方法的限制，目前并不容易直接制備得到，一般通過(guò)制備有序介孔碳再進(jìn)一步石墨化得到。當(dāng)前的主要制備方法有:(1)介孔碳高溫石墨化法。即先使用硬模板法(介孔硅作模板)或軟模板法(嵌段共聚物誘導(dǎo)揮發(fā)自組裝)制備得到有序介孔碳材料。然后將介孔碳材料在大于2500°C的高溫下進(jìn)行煅燒，以得到高石墨化程度的材料。這種方法需要在很高的溫度下進(jìn)行，并且由于煅燒溫度過(guò)高，有序介孔碳的骨架很容易發(fā)生大范圍塌陷，結(jié)構(gòu)有序度也被破壞，導(dǎo)致最終得到的介孔石墨烯材料比表面積下降很大，失去了其制備及應(yīng)用的價(jià)值；(2)過(guò)渡金屬催化石墨化法。這種方法在制備得到有序介孔碳以后，將過(guò)渡金屬與介孔碳材料進(jìn)行混合，然后煅燒。與前一種方法相比，這種方法可以在較低溫度下就得到高度石墨化的碳材料。但是，由于過(guò)渡金屬與介孔碳不可能完全均勻的混合，因此制備得到的介孔石墨烯材料不同位置的石墨化程度非常不均勻，不利于其實(shí)際應(yīng)用。
[0004]因此，需要提供一種新的技術(shù)方案來(lái)解決上述問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種高度有序介孔石墨烯材料的制備方法，制備出的有序石墨烯材料高比表面積，介孔可調(diào)，介孔高度有序排列，導(dǎo)電性優(yōu)異并且石墨化程度高。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的一種高度有序介孔石墨烯材料的制備方法，包括以下步驟:
(1)將納米粒子前驅(qū)體油酸鐵在油酸的作用下在高沸點(diǎn)溶劑中進(jìn)行高溫裂解，得到不同粒徑和形貌的四氧化三鐵納米粒子，其表面包覆有油酸分子；
(2)將所得納米粒子溶于正己烷中，再蒸掉正己烷，得到具有高度有序結(jié)構(gòu)的納米粒子陣列；
(3)將所得納米粒子陣列在氮?dú)饣驓鍤庀略?00°C以上高溫煅燒，使得表面包覆的油酸分子碳化，得到高度有序排列的四氧化三鐵納米粒子，所得納米粒子表面包覆有碳層包覆；
(4)將所得納米粒子用酸刻蝕，得到具有高比表面積的介孔碳材料；
(5)將所得介孔碳材料進(jìn)一步石墨化，得到高比表面積的有序介孔石墨烯材料；
其中，高沸點(diǎn)溶劑為十六烯、辛醚、十八烯或二十烯，反應(yīng)時(shí)間為30-90分鐘；所得納米粒子用酸刻蝕，酸為鹽酸、硫酸或硝酸。
[0007]在上述制備方法中，所述油酸鐵前驅(qū)體高溫裂解溫度為280 °C -350 V。
[0008]在上述制備方法中，所述四氧化三鐵納米粒子制備過(guò)程中，油酸濃度為1.5mM~4.5 mMo
[0009]在上述制備方法中，所述四氧化三鐵納米粒子粒徑為5~20 nm。
[0010]在上述制備方法中，納米粒子陣列的高溫煅燒溫度為300~600°C，煅燒時(shí)間為2-4小時(shí)。
[0011]在上述制備方法中，介孔碳材料進(jìn)一步石墨化時(shí)所用煅燒溫度為1000~1600°C，煅燒時(shí)間為2-4小時(shí)，所用氣氛為氬氣。
[0012]本發(fā)明還提供了采用上述制備方法得到高度有序介孔石墨烯材料。
[0013]本發(fā)明利用有機(jī)溶劑揮發(fā)使得納米粒子自組裝成高度有序材料，通過(guò)高溫鍛燒的方法，將納米粒子表面配體碳化，然后用酸將納米粒子刻蝕即可得到高度有序介孔材料。所得有序介孔碳材料具有部分石墨化程度，因此具有比常規(guī)介孔碳材料更高的熱穩(wěn)定性。將所得介孔碳材料在1000~1600°C下進(jìn)一步石墨化，即可得到高石墨化程度，高比表面積及孔容并且結(jié)構(gòu)高度有序的介孔石墨烯骨架材料。
[0014]本發(fā)明方案與軟模板法具有類似的原理，但是相對(duì)軟模板法，本發(fā)明使用高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑，溶劑揮發(fā)速度快，納米粒子自組裝排列高度有序，合成周期短，工序簡(jiǎn)單。同時(shí)，本發(fā)明所用納米粒子為四氧化三鐵納米粒子，在碳化過(guò)程中起到了催化石墨化的作用，使得初始得到的介孔碳具有部分石墨化程度，利于進(jìn)一步進(jìn)行石墨化并保持材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。不僅如此，由于碳均勻包覆在四氧化三鐵表面，因此所得碳材料石墨化程度均一，利于電子及離子的傳輸。
[0015]本發(fā)明的石墨烯材料制備方法，操作簡(jiǎn)單，原料易得，制備量大，所制備介孔石墨烯材料排列高度有序，保持了非常高的比表面積并且孔徑及形貌可控，所得介孔石墨烯材料具有高石墨化程度，易于電子及離子的傳輸，非常適合用于儲(chǔ)能領(lǐng)域及催化負(fù)載領(lǐng)域。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明制備的磁性納米材料的掃描電鏡圖。
[0017]圖2為本發(fā)明制備的介孔石墨烯材料在低倍及高倍下的透射電鏡圖。
[0018]圖3為本發(fā)明制備的介孔石墨烯材料的X射線小角衍射圖譜。
[0019]圖4a為本發(fā)明制備的介孔石墨烯材料的比表面積圖譜。
[0020]圖4b為本發(fā)明制備的介孔石墨烯材料的孔徑分析圖譜。
[0021]圖5為本發(fā)明制備的介孔石墨烯材料的拉曼光譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為了加深對(duì)本發(fā)明的理解，下面對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，該實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍的限定。
[0023]實(shí)施例1
將36 g油酸鐵，5.7 g油酸，溶于200 g十六烯中，氮?dú)獗Ｗo(hù)下280°C反應(yīng)90min，得到粒徑6nm左右四氧化三鐵納米粒子。將所得納米粒子溶于正己烷中，蒸掉溶劑，即可得到高度有序油酸包覆納米材料。將所得材料500 °0高溫煅燒2小時(shí)，即可得到高度有序碳包覆四氧化三鐵納米粒子。將所得材料用鹽酸刻蝕掉四氧化三鐵，即得到粒徑為6nm左右介孔碳材料。將介孔碳材料于1600°C下煅燒2小時(shí)，得到孔徑5 nm左右的介孔有序石墨烯材料。
[0024]實(shí)施例2
將36 g油酸鐵，5.7 g油酸，溶于200 g十八烯中，氮?dú)獗Ｗo(hù)下320°C反應(yīng)30 min，得到粒徑10 nm左右四氧化三鐵納米粒子。將所得納米粒子溶于正己烷中，蒸掉溶劑，即可得到高度有序油酸包覆納米材料。將所得材料500 °0高溫煅燒2小時(shí)，可得到高度有序碳包覆四氧化三鐵納米粒子。將所得材料用鹽酸刻蝕掉四氧化三鐵，即得到粒徑為10 nm左右介孔碳材料，再將介孔碳材料于1600 °C下煅燒2小時(shí)，得到孔徑為9nm左右的介孔有序石墨稀材料，其比表面積可為1000 m3/g。
[0025]實(shí)施例3