本發(fā)明涉及一種碳納米線材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

碳材料由于具備優(yōu)異的高導(dǎo)熱、高耐熱、價(jià)格低廉、理化性能穩(wěn)定、工作溫度范圍寬、易工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于能源、化工、環(huán)保、電子和航空航天等諸多國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域。不同形貌結(jié)構(gòu)的碳材料在許多方面有著潛在的應(yīng)用價(jià)值，引起了廣泛的關(guān)注。石墨化是指將無序的亂層碳結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成有序的石墨結(jié)構(gòu)的過程。碳材料的石墨化處理有利于改善材料的晶態(tài)結(jié)構(gòu)，提高其導(dǎo)電性能。高度石墨化碳材料，由于其高的導(dǎo)電率、優(yōu)良的機(jī)械加工性能、高度的化學(xué)及熱穩(wěn)定性使其在電化學(xué)能源、工程、電子、化工等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

用于制備碳材料的碳源及其合成原料料主要來自于天然植物、合成高分子和碳水化合物等等。例如，胡可隆等在“用硬質(zhì)果殼制作電容器專用活性炭的方法”(CN1824604A)中，以硬質(zhì)果殼為原料，通過400～500℃碳化、700～800℃堿高溫活化，制備出比表面積為2000～2600m²/g的活性炭。將其用于超級(jí)電容器電極材料時(shí)，相比于合成樹脂作為原料制作的碳材料，比電容有明顯提升。碳納米線的制備相對(duì)更為困難，常采用電子束致沉積法，模板法等制備，工藝復(fù)雜，不利于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

本發(fā)明提出了采用氨水與有機(jī)酸反應(yīng)產(chǎn)物鹽類化合物作為碳源，原材料成本低，工藝簡單，易于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。所制得的碳納米線具有分散均一，石墨化程度高，比表面積大等優(yōu)點(diǎn)，有望在電化學(xué)儲(chǔ)能，吸附分離，生物醫(yī)藥等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種高度石墨化碳納米線材料及其制備方法。本發(fā)明采用氨水與有機(jī)酸反應(yīng)產(chǎn)物鹽類化合物作為碳源，原材料成本低，工藝鑒定單，易于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。所制得的碳納米線具有分散均一，石墨化程度高，比表面積大等優(yōu)點(diǎn)，有望咋電化學(xué)儲(chǔ)能，吸附分離，生物醫(yī)藥等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種高度石墨化的碳納米線材料，其特征在于：利用氨水與有機(jī)酸反應(yīng)所得鹽作為碳源，通過碳化活化制備碳納米線材料，所得碳納米線為直徑為10～50nm，長度為1～100μm，其石墨化程度為0.6-1。

本發(fā)明還涉及一種碳納米線材料的制備方法，所述方法包括如下步驟:

(1)前驅(qū)體碳源的制備：

將有機(jī)酸溶解于有機(jī)溶劑中，保持超聲并滴加氨水，溶液出現(xiàn)白色沉淀，將產(chǎn)物抽濾，洗滌，80～120℃干燥，即得到前驅(qū)體碳源。

(2)碳化:

將步驟(1)所制得前驅(qū)體碳源放入石英舟，升溫速率為1～20℃/min條件，升溫至500～1000℃，并在500～1000℃的恒溫惰性氣氛進(jìn)行碳化處理，隨管式爐爐溫降低至室溫，取出產(chǎn)物即得到碳納米線材料。

進(jìn)一步地，所述的碳源前驅(qū)體是有機(jī)酸與氨水反應(yīng)所得鹽類化合物。進(jìn)一步地，所述的有機(jī)酸包括對(duì)苯二甲酸，均苯三甲酸和苯甲酸等，但不僅限于此類有機(jī)酸。

進(jìn)一步地，所述的有機(jī)溶劑包括如N，N-二甲基甲酰胺，乙醇等有機(jī)溶劑但不局限于此二類有機(jī)溶劑。

進(jìn)一步地，所述的氨水濃度為1～28％。

進(jìn)一步地，所述的惰性氣氛是指氮?dú)?、氬氣、二氧化碳?xì)怏w中的一種或者兩種以上的混合物，其中混合氣體的流量為3-300mL/min。

采用Hitachi S-4800型掃描電子顯微鏡對(duì)所制備材料進(jìn)行微觀形貌及大小的測(cè)試；

采用JEM-2100型透射電子顯微鏡對(duì)所制備材料進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)測(cè)試；

采用AXS D8-Advanced粉末衍射儀(以Cu Kα射線為射線源，)對(duì)所制備的材料進(jìn)行晶相結(jié)構(gòu)的測(cè)試。

本發(fā)明的積極效果

本發(fā)明制備的高度石墨烯化的碳納米線材料，以有機(jī)酸與氨水反應(yīng)所得鹽類化合物為碳源，經(jīng)熱處理制得。原料成本低，工藝簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)。

本發(fā)明制備得到的碳納米線材料，石墨烯化程度高，分散均一，比表面積大。

本發(fā)明制備的碳納米線材料，在電化學(xué)儲(chǔ)能，吸附分離和生物醫(yī)藥等領(lǐng)域?qū)?huì)有廣泛的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1制備的碳納米線材料的掃描電子顯微鏡圖。

圖2、圖3為實(shí)施例1制備的碳納米線材料的不同分辨率的透射電子顯微鏡圖。

圖4為實(shí)施例2制備的高度石墨化碳納米線團(tuán)材料的高分辨率透射電子顯微鏡圖。

圖5為實(shí)施例3制備的高度石墨化碳納米線團(tuán)材料的X一射線衍射圖。

具體實(shí)施方案

為了更好的理解本發(fā)明，下面通過具體實(shí)例進(jìn)行進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于此。

實(shí)施例1：

(1)前驅(qū)體碳源的制備：

將0.1g對(duì)苯二甲酸溶解于100mL N，N-二甲基甲酰胺溶劑中，保持超聲并滴加30mL濃氨水，溶液出現(xiàn)白色沉淀。將產(chǎn)物抽濾，洗滌，80℃干燥，即得到前驅(qū)體碳源。

(2)碳化:

將步驟(1)所制得碳源前驅(qū)體放入石英舟，升溫速率為5℃/min升至900℃，并在900℃的恒溫惰性氣氛進(jìn)行碳化處理，隨管式爐爐溫降低至室溫，取出產(chǎn)物即得到高度石墨化的碳納米線材料。

從附圖可見，所得到的碳納米線直徑約30nm，長度大于5μm，高倍透射電子顯微鏡下高度石墨化碳的片層結(jié)構(gòu)清晰可見。