碳納米壁粉末的制備方法及石墨烯納米帶的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種碳納米壁粉末的制備方法，包括使用稀酸溶液對金屬襯底進行刻蝕；在無氧和第一保護氣體的氛圍下，將金屬襯底加熱至600℃~900℃；在紫外光的照射下，向金屬襯底表面通入甲烷、乙烷、丙烷、乙炔及乙醇中的一種，經(jīng)過光催化化學氣相沉積反應30分鐘~300分鐘，在金屬襯底表面生成碳納米壁；及反應完成后，在第一保護氣體的氛圍下將附有碳納米壁的金屬襯底冷卻至室溫，然后將碳納米壁從所述金屬襯底的表面刮下，得到碳納米壁粉末的步驟。這種方法能夠獲得結(jié)構(gòu)較為完整的碳納米壁。進一步，還提供一種石墨烯納米帶的制備方法。
【專利說明】碳納米壁粉末的制備方法及石墨烯納米帶的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米碳材料合成領(lǐng)域，特別是涉及一種碳納米壁粉末的制備方法及一種石墨烯納米帶的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳材料的種類有零維的富勒烯，一維的碳納米管、碳納米纖維等，二維的石墨烯，三維的石墨、金剛石等,碳納米壁(carbon nanowall, CNW)是具有二維擴散的碳納米結(jié)構(gòu)體，其最典型的形貌就是垂直于基底材料表面生長，厚度大于石墨烯的壁狀結(jié)構(gòu)，與富勒烯、碳納米管、石墨烯等的特征完全不同，可作為制備其它碳材料的原料。
[0003]早于石墨烯發(fā)現(xiàn)之前人們就開始研究碳納米壁的制備。但不管是早期的制備方法還是最近的制備方法，都會涉及到在等離子體氣氛下進行反應，這種制備方法會對CNW的結(jié)構(gòu)造成一定的破壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]基于此，有必要提供一種碳納米壁粉末的制備方法，以制備結(jié)構(gòu)較為完整的碳納米壁粉末。
[0005]進一步，提供一種利用上述碳納米壁粉末的制備方法制備得到碳納米壁石墨制備石墨烯納米帶的方法。
[0006]一種碳納米壁粉末的制備方法，包括如下步驟:
[0007]使用稀酸溶液對金屬襯底進行刻蝕；
[0008]在無氧和第一保護氣體的氛圍下，將所述金屬襯底加熱至600°C "900°C ；
[0009]在紫外光的照射下，向所述金屬襯底表面通入甲烷、乙烷、丙烷、乙炔及乙醇中的一種，經(jīng)過光催化化學氣相沉積反應30分鐘~300分鐘，在所述金屬襯底表面生成碳納米
壁；及
[0010]反應完成后，在所述第一保護氣體的氛圍下將附有碳納米壁的金屬襯底冷卻至室溫，然后將所述碳納米壁從所述金屬襯底的表面刮下，得到碳納米壁粉末。
[0011]在其中一個實施例中，所述使用稀酸溶液對金屬襯底進行刻蝕的步驟具體為:將所述金屬襯底放入濃度為0.01mol/L^lmol/L的稀酸溶液中刻蝕0.5分鐘~10分鐘。
[0012]在其中一個實施例中，所述使用稀酸溶液對金屬襯底進行刻蝕步驟具體為:將所述金屬襯底放入濃度為0.lmol/L^0.5mol/L的稀酸溶液中刻蝕I分鐘分鐘。
[0013]在其中一個實施例中，所述紫外光的波長為200~400nm。
[0014]在其中一個實施例中，所述金屬襯底選自鐵箔、鎳箔及鈷箔中的一種。
[0015]在其中一個實施例中，所述甲烷、乙烷、丙烷、乙炔及乙醇中的一種的流量為IOsccm~lOOOsccm。
[0016]在其中一個實施例中，所述甲烷、乙烷、丙烷、乙炔及乙醇中的一種與所述第一保護氣體的體積比為2~10:1。[0017]一種石墨烯納米帶的制備方法，包括如下步驟:
[0018]根據(jù)上述碳納米壁粉末的制備方法制備得到碳納米壁粉末；
[0019]將所述碳納米壁粉末放置于集流體上并壓制成碳納米壁片層得到工作電極；
[0020]將對電極、參比電極及所述工作電極共同浸泡于電解液中，在5mA/cm2~100mA/cm2的電流密度、室溫下反應I小時~20小時后，將反應后的電解液進行過濾、洗滌濾渣并干燥得到插層碳納米壁 '及
[0021]將所述插層碳納米壁在第二保護氣體氛圍及500W~1000W的等離子體氛圍中處理10秒飛00秒，得到石墨烯納米帶。
[0022]在其中一個實施例中，所述電解液選自甲酸、乙酸、丙酸、硝酸、硝基甲烷中的至少一種。
[0023]在其中一個實施例中，所述干燥的條件為于60°C~80°C下真空干燥12小時~24小時。
[0024]上述碳納米壁粉末的制備方法利用紫外光作為光催化劑，甲烷、乙烷、丙烷、乙炔及乙醇中的一種碳源經(jīng)過化學氣相沉積反應在經(jīng)過刻蝕的金屬襯底上生成碳納米壁，將其刮下得到碳納米壁粉末。這種方法能夠避免傳統(tǒng)的制備的方法中等離子體對碳納米壁結(jié)構(gòu)造成的破壞，生成的碳納米壁粉末的結(jié)構(gòu)較為完整。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為一實施方式的碳納米壁粉末的制備方法流程圖；
[0026]圖2為一實施方式的石墨烯納米帶的制備方法流程圖；
[0027]圖3為實施例1所制備的碳納米壁粉末的SEM圖；
[0028]圖4為實施例1所制備的石墨烯納米帶的SEM圖。
【具體實施方式】
[0029]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似改進，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施的限制。
[0030]請參閱圖1，一實施方式的碳納米壁粉末的制備方法，包括如下步驟:
[0031]步驟SllO:使用稀酸溶液對金屬襯底進行刻蝕。
[0032]金屬襯底優(yōu)選為鐵箔、鎳箔及鈷箔中的一種。
[0033]使用稀酸溶液對金屬襯底進行刻蝕的步驟具體為:將金屬襯底放入濃度為
0.01mol/L^lmol/L的稀酸溶液中刻蝕0.5分鐘~10分鐘。
[0034]稀酸溶液為稀鹽酸溶液、稀硫酸溶液或稀硝酸溶液。
[0035]優(yōu)選地，稀酸溶液的濃度為0.lmol/L^0.5mol/L,刻蝕的時間為I分鐘分鐘。
[0036]對金屬襯底進行刻蝕，使金屬襯底表面產(chǎn)生缺陷，能夠有效地改善金屬襯底的表面結(jié)構(gòu)，以為碳納米壁提供一個有利的生長基底，使得碳納米壁能夠在金屬襯底的表面生長。
[0037]將鐵箔、鎳箔及鈷箔中的一種金屬襯底放入濃度為0.lmol/L^0.5mol/L的稀酸溶液中刻蝕I分鐘分鐘，能夠達到良好的刻蝕效果，有利于提高碳納米壁的生長效率。
[0038]步驟S120:在無氧和第一保護氣體的氛圍下，將金屬襯底加熱至600°C、00°C。
[0039]首先將經(jīng)過刻蝕的金屬襯底依次用去離子水、乙醇和丙酮清洗干凈并干燥，備用。
[0040]將清洗干燥后的經(jīng)過刻蝕的金屬襯底放入反應室中。排除反應室中的空氣并通入第一保護氣體，使反應室完全處于無氧狀態(tài)，避免氧氣的參與而影響碳納米壁的生長，為碳納米壁的生長提供一個穩(wěn)定的環(huán)境。
[0041]將金屬襯底加熱至600°C、00°C，并保溫至反應結(jié)束。
[0042]第一保護氣體優(yōu)選為氦氣、氮氣、氬氣中的至少一種。
[0043]步驟S130:在紫外光的照射下，向金屬襯底表面通入甲烷、乙烷、丙烷、乙炔及乙醇中的一種，經(jīng)過光催化化學氣相沉積反應30分鐘~300分鐘，在金屬襯底表面生成碳納米壁。
[0044]紫外光源設備與金屬襯底正對。開啟紫外光源設備，使紫外光照射在金屬襯底的表面。
[0045]紫外光作為光催化劑。紫外光的強度的波長為20(T400nm。
[0046]在紫外光的照射下，向反應室中通入碳源，使金屬襯底處于碳源的氛圍中。碳源選自甲烷、乙烷、丙烷、乙炔及乙醇中的一種。
[0047]碳源的流量為10sccm~1000sccm。
[0048]優(yōu)選地，碳源與第一保護氣體的體積比為2~10:1。
[0049]在紫外光照射下及在第一保護氣體氛圍中，甲烷、乙烷、丙烷、乙炔及乙醇中的一種經(jīng)過光催化化學氣相沉積反應30分鐘~300分鐘，在金屬襯底上生成碳納米壁。
[0050]步驟S140:反應完成后，在第一保護氣體的氛圍下將附有碳納米壁的金屬襯底冷卻至室溫，然后將碳納米壁從金屬襯底的表面刮下，得到碳納米壁粉末。
[0051]反應30分鐘~300分鐘后，停止通入碳源，關(guān)閉加熱設備及關(guān)閉紫外光源設備，待反應室和附有碳納米壁的金屬襯底冷卻至室溫后停止通入第一保護氣體，將金屬襯底表面的碳納米壁刮下，得到碳納米壁粉末。
[0052]待反應室和附有碳納米壁的金屬襯底冷卻至室溫后再停止通入第一保護氣體，防止生成的碳納米壁在高溫下氧化，進一步保證得到碳納米壁粉末的質(zhì)量。
[0053]上述碳納米壁粉末的制備方法利用紫外光作為光催化劑，以甲烷、乙烷、丙烷、乙炔及乙醇中的一種作為碳源，碳源經(jīng)過光催化化學氣相沉積反應在經(jīng)過刻蝕的金屬襯底上生成碳納米壁，將該碳納米壁刮下得到碳納米壁粉末。這種方法能夠避免傳統(tǒng)的制備的方法中等離子體對碳納米壁結(jié)構(gòu)造成的破壞，生成的碳納米壁粉末的結(jié)構(gòu)較為完整，厚度均勻，質(zhì)量較優(yōu)。
[0054]將該結(jié)構(gòu)較為完整的碳納米壁粉末作為制備其他碳材料的原料，例如，采用該碳納米壁粉末作為原料制備石墨烯納米帶，有利于提高石墨烯碳納米帶的質(zhì)量。
[0055]并且，該碳納米壁粉末的制備方法工藝簡單，條件易控，提高了生產(chǎn)效率，光催化能有效降低反應溫度，減少能耗，降低了生產(chǎn)成本。
[0056]該方法所用的設備都是普通的化工設備，對設備的要求較低，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
[0057]請參閱圖2，一實施方式的石墨烯納米帶的制備方法，包括如下步驟:
[0058]步驟S210:根據(jù)上述碳納米壁粉末的制備方法制備得到碳納米壁粉末，將碳納米壁粉末放置于集流體上并壓制成碳納米壁片層得到工作電極。
[0059]將由上述碳納米壁粉末的制備方法制備得到的碳納米壁粉末和粘結(jié)劑放置于集流體上，然后用模具壓制，使集流體上形成碳納米壁片層，得到三電極體系的工作電極。集流體優(yōu)選采用不銹鋼集流體。
[0060]碳納米壁片層的尺寸為75*40*7mm3。
[0061]步驟S220:將對電極、參比電極及工作電極共同浸泡于電解液中，在5mA/cm2"100mA/cm2的電流密度、室溫下反應I小時~20小時后,將反應后的電解液行過濾、洗漆濾渣并干燥后得到插層碳納米壁。
[0062]采用鉛板作為對電極，Hg/Hg2S04作為參比電極。
[0063]電解液選自甲酸、乙酸、丙酸、硝酸、硝基甲烷中的至少一種。電解液同時也起到插層劑的作用，在電場作用下，電解液在工作電極表面形成電勢差，在電勢差的驅(qū)動下不斷克服碳納米壁層間的作用力，插到碳納米壁層間，得到插層碳納米壁。
[0064]反應I小時~20小時后，將反應后的電解液進行過濾，然后將得到的濾渣用去離子水洗滌，再將洗滌后的濾渣于60°C~80°C下真空干燥12小時~24小時，得到干燥、純凈的插層碳納米壁。
[0065]步驟S230:將插層碳納米壁在第二保護氣體氛圍及500W~1000W的等離子體氛圍中處理10秒~600秒,得到石墨烯納米帶。
[0066]向設置有微波等離子體設備的反應爐中通入第二保護氣體，開啟微波等離子體設備，調(diào)整其功率為500W~1000W，使反應爐中產(chǎn)生等離子體，然后將步驟S220制得的插層碳納米壁放入中反應爐中，保持10:6008后關(guān)閉微波等離子體設備，冷卻至室溫，便得到石墨烯納米帶。
[0067]第二保護氣體氣體選自氦氣、氮氣、氬氣中的至少一種。
[0068]該石墨烯納米帶的制備方法采用上述碳納米壁粉末的制備方法制備得到的結(jié)構(gòu)較為完整、厚度均勻性好的高質(zhì)量碳納米壁粉末作為原料，采用三電極體系反應制備插層碳納米壁，然后將插層碳納米壁在等離子體氛圍中剝離得到石墨烯納米帶。制備過程簡單，等離子體能量集中，能快速將插層碳納米壁剝離成石墨烯納米帶，制備時間短，效率高。
[0069]采用質(zhì)量較優(yōu)的碳納米壁粉末作為原料制備的石墨烯納米帶，在碳納米壁的生成過程中，等離子體會對碳納米壁的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較強的破壞作用。而在碳納米壁生成后，等離子體的影響較小，將插層碳納米壁放置于等離子體氛圍中進行剝離不會對其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的破壞作用。因此，上述石墨烯納米帶的制備方法能夠獲得質(zhì)量較高的石墨烯納米帶。
[0070]并且，該質(zhì)量較優(yōu)的碳納米壁粉末按上述碳納米壁粉末的制備方法自行制備而來，價格低廉，有利于降低石墨烯納米帶的制備成本。
[0071]以下為具體實施例。
[0072]實施例1
[0073]( I)碳納米壁粉末的制備
[0074]1.采用鎳箔作為襯底，將鎳箔放入濃度為lmol/L的稀鹽酸溶液中刻蝕0.5分鐘，刻蝕好后用去離子水、乙醇、丙酮進行清洗并干燥；
[0075]2.排除反應室中的空 氣并通入氮氣，將清洗干燥后的鎳箔放入通有氮氣的反應室中，并將鎳箔加熱至900°C并保溫，然后開啟紫外光光源設備，令紫外光照射在鎳箔表面，紫外光的波長為200nm，接著通入甲烷200sccm，甲烷與氮氣的體積比為2:1，保持100分鐘；
[0076]3.反應完成后，停止通入甲烷，停止對鎳箔加熱及關(guān)閉紫外光光源設備，待反應室冷卻至室溫后停止通入氮氣，鎳箔表面生成碳納米壁，將其從鎳箔表面刮下，便得到碳納米壁粉末。
[0077](2)石墨烯納米帶的制備
[0078]1.插層碳納米壁的制備:采用不銹鋼片作為集流體，將上述制備得到的碳納米壁粉末放入集流體上，在集流體上壓制成規(guī)格為75*40*7mm3 (約2g)的碳納米壁片層作為工作電極，以鉛板作為對電極，Hg/Hg2S04作為參比電極，甲酸作為電解液，將三電極放入電解池并完全浸泡在電解液中，在5mA/cm2的電流密度、室溫下進行反應20小時,然后將反應后的電解液進行過濾，將得到的濾渣用去離子水清洗后置于真空干燥箱中于60°C干燥24小時后可得到純凈、干燥的插層碳納米壁；
[0079]2.向設置有微波等離子體設備的反應爐通入氦氣，使反應爐處于氦氣保護氣氛中，然后開啟微波等離子體設備，調(diào)整功率為500W，使反應爐中產(chǎn)生等離子體，然后加入干燥好的插層碳納米壁，保持600s后關(guān)閉微波等離子體設備，冷卻至室溫，便得到石墨烯納米帶。
[0080]圖3為實施例1所制備的碳納米壁粉末的SEM圖。從圖3可以看出，碳納米壁垂直于基底密集生長，厚度均勻，約為30nnT60nm。
[0081]圖4為實施例1所制備的石墨烯納米帶的SEM圖。從圖4可以看出，所制備的石墨烯納米帶寬度分布集中，約為20nnT40nm，長度約為2unT20um，長徑比約為50~1000。
[0082]實施例2
[0083]( I)碳納米壁粉末的制備
[0084]1.采用鐵箔作為襯底，將鐵箔放入濃度為0.5mol/L的稀硫酸溶液中刻蝕4分鐘，刻蝕好后用去離子水、乙醇、丙酮進行清洗并干燥；
[0085]2.排除反應室中的空氣并通入氬氣，將清洗干燥后的鐵箔放入通有氬氣的反應室中，并將鐵箔加熱至600°C并保溫，然后開啟紫外光光源設備，令紫外光照射在鐵箔表面，紫外光的波長為300nm，接著通入乙烷lOOsccm，乙烷與氬氣的體積比為5:1，保持200分鐘；
[0086]3.反應完成后，停止通入乙烷，停止對鐵箔加熱及關(guān)閉紫外光光源設備，待反應室冷卻至室溫后停止通入氬氣，鐵箔表面生成碳納米壁，將其從鐵箔表面刮下，便得到碳納米壁粉末。
[0087](2)石墨烯納米帶的制備
[0088]1.插層碳納米壁的制備:采用不銹鋼片作為集流體，將上述制備得到的碳納米壁粉末放入集流體上，在集流體上壓制成規(guī)格為75*40*7mm3 (約2g)的碳納米壁片層作為工作電極，以鉛板作為對電極，Hg/Hg2S04作為參比電極，乙酸作為電解液，將三電極放入電解池并完全浸泡在電解液中，在20mA/cm2的電流密度、室溫下進行反應I小時，然后將反應后的電解液進行過濾，將得到的濾渣用去離子水清洗后置于真空干燥箱中于70°C干燥20小時后可得到純凈、干燥的插層碳納米壁；
[0089]2.向設置有微波等離子體設備的反應爐里通入氮氣，使反應爐處于氮氣保護氣氛中，然后開啟微波等離子體設備，調(diào)整功率為600W，使反應爐中產(chǎn)生等離子體，然后加入干燥好的插層碳納米壁，保持500s后關(guān)閉微波等離子體設備，冷卻至室溫，便得到石墨烯納米帶。
[0090]實施例3
[0091](1)碳納米壁粉末的制備
[0092]1.采用鈷箔作為襯底，將鈷箔放入濃度為0.01mol/L的稀硝酸溶液中刻蝕10分鐘，刻蝕好后用去離子水、乙醇、丙酮進行清洗并干燥；
[0093]2.排除反應室中的空氣并通入氦氣，將清洗干燥后的鈷箔放入通有氦氣的反應室中，并將鈷箔加熱至700°C保溫，然后開啟紫外光光源設備，令紫外光照射在鈷箔表面，紫外光的波長為400nm,接著通入乙炔IOsccm,乙炔與氦氣的體積比為8:1,保持300分鐘；
[0094]3.反應完成后，停止通入乙炔，停止對鈷箔加熱及關(guān)閉紫外光光源設備，待反應室冷卻至室溫后停止通入氦氣，鈷箔表面生成碳納米壁，將其從鈷箔表面刮下，便得到碳納米壁粉末。
[0095](2)石墨烯納米帶的制備
[0096]1.插層碳納米壁的制備:采用不銹鋼片作為集流體，將上述制備得到的碳納米壁粉末放入集流體上，在集流體上壓制成規(guī)格為75*40*7mm3 (約2g)的碳納米壁片層作為工作電極，以鉛板作為對電極，Hg/Hg2S04作為參比電極，丙酸作為電解液，將三電極放入電解池并完全浸泡在電解液中，在50mA/cm2的電流密度、室溫下進行反應2小時,然后將反應后的電解液進行過濾，將得到的濾渣用去離子水清洗后置于真空干燥箱中于80°C干燥12小時后可得到純凈、干燥的插層碳納米壁；
[0097]2.向設置有微波等離子體設備的反應爐里通入氬氣，使反應爐處于氬氣保護氣氛中，然后開啟微波等離子體設備，調(diào)整功率為700W，使反應爐中產(chǎn)生等離子體，然后加入干燥好的插層碳納米壁，保持400s后關(guān)閉微波等離子體設備，冷卻至室溫，便得到石墨烯納米帶。
[0098]實施例4
[0099]( 1)碳納米壁粉末的制備
[0100]1.采用鎳箔作為襯底，將鎳箔放入濃度為0.2mol/L的稀鹽酸溶液中刻蝕2分鐘，刻蝕好后用去離子水、乙醇、丙酮進行清洗并干燥；
[0101]2.排除反應室中的空氣并通入氮氣，將清洗干燥后的鎳箔放入通有氮氣的反應室中，并將鎳箔加熱至750°C并保溫，然后開啟紫外光光源設備，令紫外光照射在鎳箔表面，紫外光的波長為250nm，接著通入丙烷lOOOsccm，丙烷與氮氣的體積比為10:1，保持30分鐘；
[0102]3.反應完成后，停止通入丙烷，停止對鎳箔加熱及關(guān)閉紫外光光源設備，待反應室冷卻至室溫后停止通入氮氣，鎳箔表面生成碳納米壁，將其從鎳箔表面刮下，便得到碳納米壁粉末。
[0103](2)石墨烯納米帶的制備
[0104]1.插層碳納米壁的制備:采用不銹鋼片作為集流體，將上述制備得到的碳納米壁粉末放入集流體上，在集流體上壓制成規(guī)格為75*40*7mm3 (約2g)的碳納米壁片層作為工作電極，以鉛板作為對電極，Hg/Hg2S04作為參比電極，質(zhì)量分數(shù)為68%的硝酸作為電解液，將三電極放入電解池并完全浸泡在電解液中，在lOOmA/cm2的電流密度、室溫下進行反應5小時，然后將反應后的電解液進行過濾，將得到的濾渣用去離子水清洗后置于真空干燥箱中于75°C干燥15小時后可得到純凈、干燥的插層碳納米壁；[0105]2.向設置有微波等離子體設備的反應爐里通入氦氣，使反應爐處于氦氣保護氣氛中，然后開啟微波等離子體設備，調(diào)整功率為800W，使反應爐中產(chǎn)生等離子體，然后加入干燥好的插層碳納米壁，保持300s后關(guān)閉微波等離子體設備，冷卻至室溫，便得到石墨烯納米帶。
[0106]實施例5
[0107](I)碳納米壁粉末的制備
[0108]1.采用鐵箔作為襯底，將鐵箔放入濃度為0.lmol/L的稀硫酸溶液中刻蝕5分鐘，刻蝕好后用去離子水、乙醇、丙酮進行清洗并干燥；
[0109]2.排除反應室中的空氣并通入氬氣，將清洗干燥后的鐵箔放入通有氬氣的反應室中，并將鐵箔加熱至800°C并保溫，然后開啟紫外光光源設備，令紫外光照射在鐵箔表面，紫外光的波長為330nm,接著通入乙醇500sccm,乙醇與IS氣的體積比為6:1,保持50分鐘；
[0110]3.反應完成后，停止通入乙醇，停止對鐵箔加熱及關(guān)閉紫外光光源設備，待反應室冷卻至室溫后停止通入氬氣，鐵箔表面生成碳納米壁，將其從鐵箔表面刮下，便得到碳納米壁粉末。
[0111](2)石墨烯納米帶的制備
[0112]1.插層碳納米壁的制備:采用不銹鋼片作為集流體，將上述制備得到的碳納米壁粉末放入集流體上，在集流體上壓制成規(guī)格為75*40*7mm3(約2g)的碳納米壁片層作為工作電極，以鉛板作為對電極，Hg/Hg2S04作為參比電極，甲酸作為電解液，將三電極放入電解池并完全浸泡在電解液中，在80mA/cm2的電流密度、室溫下進行反應10小時,然后將反應后的電解液進行過濾，將得到的濾渣用去離子水清洗后置于真空干燥箱中于65°C干燥18小時后可得到純凈、干燥的插層碳納米壁；
[0113]2.向設置有微波等離子體設備的反應爐里通入氮氣，使反應爐處于氮氣保護氣氛中，然后開啟微波等離子體設備，調(diào)整功率為900W，使反應爐中產(chǎn)生等離子體，然后加入干燥好的插層碳納米壁，保持200s后關(guān)閉微波等離子體設備，冷卻至室溫，便得到石墨烯納米帶。
[0114]實施例6
[0115](I)碳納米壁粉末的制備
[0116]1.采用鈷箔作為襯底，將鈷箔放入濃度為0.4mol/L的稀硝酸溶液中刻蝕8分鐘，刻蝕好后用去離子水、乙醇、丙酮進行清洗并干燥；
[0117]2.排除反應室中的空氣并通入氦氣，將清洗干燥后的鈷箔放入通有氦氣的反應室中，并將鈷箔加熱至850°C并保溫，然后開啟紫外光光源設備，令紫外光照射在鈷箔表面，紫外光的波長為380nm，接著通入甲烷800sccm，甲烷與氦氣的體積比為4:1，保持90分鐘；
[0118]3.反應完成后，停止通入甲烷，停止對鈷箔加熱及關(guān)閉紫外光光源設備，待反應室冷卻至室溫后停止通入氦氣，鈷箔表面生成碳納米壁，將其從鈷箔表面刮下，便得到碳納米壁粉末。
[0119](2)石墨烯納米帶的制備
[0120]1.插層碳納米壁的制備:采用不銹鋼片作為集流體，將上述制備得到的碳納米壁粉末放入集流體上，在集流體上壓制成規(guī)格為75*40*7mm3 (約2g)的碳納米壁片層作為工作電極，以鉛板作為對電極，Hg/H g2S04作為參比電極，硝基甲烷作為電解液，將三電極放入電解池并完全浸泡在電解液中，在40mA/cm2的電流密度、室溫下進行反應15小時,然后將反應后的電解液進行過濾，將得到的濾渣用去離子水清洗后置于真空干燥箱中于60°C干燥20小時后可得到純凈、干燥的插層碳納米壁；
[0121]2.向設置有微波等離子體設備的反應爐里通入氬氣，使反應爐處于氬氣保護氣氛中，然后開啟微波等離子體設備，調(diào)整功率為1000W，使反應爐中產(chǎn)生等離子體，然后加入干燥好的插層碳納米壁，保持IOs后關(guān)閉微波等離子體設備，冷卻至室溫，便得到石墨烯納米帶。
[0122]實施例7
[0123](I)碳納米壁粉末的制備
[0124]1.采用鎳箔作為襯底，將鎳箔放入濃度為0.25mol/L的稀鹽酸溶液中刻蝕3分鐘，刻蝕好后用去離子水、乙醇、丙酮進行清洗并干燥；
[0125]2.排除反應室中的空氣并通入氮氣，將清洗干燥后的鎳箔放入通有氮氣的反應室中，并將鎳箔加熱至900°C并保溫，然后開啟紫外光光源設備，令紫外光照射在鎳箔表面，紫外光的波長為280nm，接著通入乙烷300sccm，乙烷與氮氣的體積比為3:1，保持120分鐘；
[0126]3.反應完成后，停止通入乙烷，停止對鎳箔加熱及關(guān)閉紫外光光源設備，待反應室冷卻至室溫后停止通入氮氣，鎳箔表面生成碳納米壁，將其從鎳箔表面刮下，便得到碳納米壁粉末。
[0127](2)石墨烯納米帶的制備
[0128]1.插層碳納米壁的制備:采用不銹鋼片作為集流體，將上述制備得到的碳納米壁粉末放入集流體上，在集流體上壓制成規(guī)格為75*40*7mm3 (約2g)的碳納米壁片層作為工作電極，以鉛板作為對電極，Hg/H g2S04作為參比電極，乙酸和硝基甲烷按體積比1:1混合的混合液作為電解液，將三電極放入電解池并完全浸泡在電解液中，在lOmA/cm2的電流密度、室溫下進行反應6小時，然后將反應后的電解液進行過濾，將得到的濾渣用去離子水清洗后置于真空干燥箱中于80°C干燥12小時后可得到純凈、干燥的插層碳納米壁；
[0129]2.向設置有微波等離子體設備的反應爐里通入氦氣，使反應爐處于氦氣保護氣氛中，然后開啟微波等離子體設備，調(diào)整功率為850W，使反應爐中產(chǎn)生等離子體，然后加入干燥好的插層碳納米壁，保持50s后關(guān)閉微波等離子體設備，冷卻至室溫，便得到石墨烯納米帶。
[0130]實施例8
[0131](I)碳納米壁粉末的制備
[0132]1.采用鐵箔作為襯底，將鐵箔放入濃度為lmol/L的稀鹽酸溶液中刻蝕4分鐘，刻蝕好后用去離子水、乙醇、丙酮進行清洗并干燥；
[0133]2.排除反應室中的空氣并通入氬氣，將清洗干燥后的鐵箔放入通有氬氣的反應室中，并將鐵箔加熱至650°C并保溫，然后開啟紫外光光源設備，令紫外光照射在鐵箔表面，紫外光的波長為200nm，接著通入乙炔200sccm，乙炔與氬氣的體積比為2:1，保持180分鐘；
[0134]3.反應完成后，停止通入乙炔，停止對鐵箔加熱及關(guān)閉紫外光光源設備，待反應室冷卻至室溫后停止通入氬氣，鐵箔表面生成碳納米壁，將其從鐵箔表面刮下，便得到碳納米壁粉末。
[0135](2)石墨烯納米帶的制備[0136]1.插層碳納米壁的制備:采用不銹鋼片作為集流體，將上述制備得到的碳納米壁粉末放入集流體上，在集流體上壓制成規(guī)格為75*40*7mm3 (約2g)的碳納米壁片層作為工作電極，以鉛板作為對電極，Hg/Hg2S04#為參比電極，甲酸和質(zhì)量分數(shù)為68%的硝酸按體積比4:1混合的混合液作為電解液，將三電極放入電解池并完全浸泡在電解液中，在30mA/cm2的電流密度、室溫下進行反應8小時，然后將反應后的電解液進行過濾，將得到的濾渣用去離子水清洗后置于真空干燥箱中于70°C干燥15小時后可得到純凈、干燥的插層碳納米壁；
[0137]2.向設置有微波等離子體設備的反應爐里通入氮氣，使反應爐處于氮氣保護氣氛中，然后開啟微波等離子體設備，調(diào)整功率為750W，使反應爐中產(chǎn)生等離子體，然后加入干燥好的插層碳納米壁，保持IOOs后關(guān)閉微波等離子體設備，冷卻至室溫，便得到石墨烯納米帶。
[0138]實施例9
[0139](1)碳納米壁粉末的制備
[0140]1.采用鈷箔作為襯底，將鈷箔放入濃度為0.3mol/L的稀硫酸溶液中刻蝕2分鐘，刻蝕好后用去離子水、乙醇、丙酮進行清洗并干燥；
[0141]2.排除反應室中的空氣并通入氬氣，將清洗干燥后的鈷箔放入通有氦氣的反應室中，并將鈷箔加熱至700°C并保溫，然后開啟紫外光光源設備，令紫外光照射在鈷箔表面，紫外光的波長為400nm，接著通入丙烷50sccm，丙烷與氦氣的體積比為5:1，保持240分鐘； [0142]3.反應完成后，停止通入丙烷，停止對鈷箔加熱及關(guān)閉紫外光光源設備，待反應室冷卻至室溫后停止通入氦氣，鈷箔表面生成碳納米壁，將其從鈷箔表面刮下，便得到碳納米壁粉末。
[0143](2)石墨烯納米帶的制備
[0144]1.插層碳納米壁的制備:采用不銹鋼片作為集流體，將上述制備得到的碳納米壁粉末放入集流體上，在集流體上壓制成規(guī)格為75*40*7mm3(約2g)的碳納米壁片層作為工作電極，以鉛板作為對電極，Hg/Hg2S04作為參比電極，丙酸和質(zhì)量分數(shù)為68%的硝酸按體積比1:2混合的混合液作為電解液，將三電極放入電解池并完全浸泡在電解液中，在5mA/cm2的電流密度、室溫下進行反應15小時，然后將反應后的電解液進行過濾，將得到的濾渣用去離子水清洗后置于真空干燥箱中于80°C干燥20小時后可得到純凈、干燥的插層碳納米壁；
[0145]2.向設置有微波等離子體設備的反應爐里通入氬氣，使反應爐處于氬氣保護氣氛中，然后開啟微波等離子體設備，調(diào)整功率為650W，使反應爐中產(chǎn)生等離子體，然后加入干燥好的插層碳納米壁，保持300s后關(guān)閉微波等離子體設備，冷卻至室溫，便得到石墨烯納米帶。
[0146]實施例10
[0147](I)碳納米壁粉末的制備
[0148]1.采用鎳箔作為襯底，將鎳箔放入濃度為0.5mol/L的稀硝酸溶液中刻蝕5分鐘，刻蝕好后用去離子水、乙醇、丙酮進行清洗并干燥；
[0149]2.排除反應室中的空氣并通入氮氣，將清洗干燥后的鎳箔放入通有氮氣的反應室中，并將鎳箔加熱至800°C并保溫，然后開啟紫外光光源設備，令紫外光照射在鎳箔表面，紫外光的波長為350nm,接著通入乙醇20sccm,乙醇與氮氣的體積比為8:1,保持300分鐘；
[0150]3.反應完成后，停止通入乙醇，停止對鎳箔加熱及關(guān)閉紫外光光源設備，待反應室冷卻至室溫后停止通入氮氣，鎳箔表面生成碳納米壁，將其從鎳箔表面刮下，便得到碳納米壁粉末。
[0151](2)石墨烯納米帶的制備
[0152]1.插層碳納米壁的制備:采用不銹鋼片作為集流體，將上述制備得到的碳納米壁粉末放入集流體上，在集流體上壓制成規(guī)格為75*40*7mm3(約2g)的碳納米壁片層作為工作電極，以鉛板作為對電極，Hg/Hg2S04作為參比電極，乙酸作為電解液，將三電極放入電解池并完全浸泡在電解液中，在100mA/cm2的電流密度、室溫下進行反應2小時,然后將反應后的電解液進行過濾，將得到的濾渣用去離子水清洗后置于真空干燥箱中于60°C干燥18小時后可得到純凈、干燥的插層碳納米壁；
[0153]2.向設置有微波等離子體設備的反應爐里通入氮氣，使反應爐處于氮氣保護氣氛中，然后開啟微波等離子體設備，調(diào)整功率為550W，使反應爐中產(chǎn)生等離子體，然后加入干燥好的插層碳納米壁，保持500s后關(guān)閉微波等離子體設備，冷卻至室溫，便得到石墨烯納米帶。
[0154]實施例11
[0155](I)碳納米壁粉末的制備
[0156]1.采用鈷箔作為襯底，將鈷箔放入濃度為0.05mol/L的稀鹽酸溶液中刻蝕I分鐘，刻蝕好后用去離子水、乙醇、丙酮進行清洗并干燥；
[0157]2.排除反應室中的空氣并通入氬氣，將清洗干燥后的鈷箔放入通有氬氣的反應室中，并將鈷箔加熱至900°C并保溫，然后開啟紫外光光源設備，令紫外光照射在鈷箔表面，紫外光的波長為220nm，接著通入甲烷lOOsccm，甲烷與氬氣的體積比為10:1，保持30分鐘；
[0158]3.反應完成后，停止通入甲烷 ，停止對鈷箔加熱及關(guān)閉紫外光光源設備，待反應室冷卻至室溫后停止通入氬氣，鈷箔表面生成碳納米壁，將其從鈷箔表面刮下，便得到碳納米壁粉末。
[0159](2)石墨烯納米帶的制備
[0160]1.插層碳納米壁的制備:采用不銹鋼片作為集流體，將上述制備得到的碳納米壁粉末放入集流體上，在集流體上壓制成規(guī)格為75*40*7mm3(約2g)的碳納米壁片層作為工作電極，以鉛板作為對電極，Hg/Hg2S04作為參比電極，硝基甲烷作為電解液，將三電極放入電解池并完全浸泡在電解液中，在50mA/cm2的電流密度、室溫下進行反應I小時，然后將反應后的電解液進行過濾，將得到的濾渣用去離子水清洗后置于真空干燥箱中于80°C干燥20小時后可得到純凈、干燥的插層碳納米壁；
[0161]2.向設置有微波等離子體設備的反應爐里通入氬氣，使反應爐處于氬氣保護氣氛中，然后開啟微波等離子體設備，調(diào)整功率為500W，使反應爐中產(chǎn)生等離子體，然后加入干燥好的插層碳納米壁，保持1000s后關(guān)閉微波等離子體設備，冷卻至室溫，便得到石墨烯納米帶。
[0162]實施例1"!I制備碳納米壁及石墨烯納米帶的各個參數(shù)見表1。
[0163]表1為實施例f 11制備碳納米壁及石墨烯納米帶的各個參數(shù)
[0164]
【權(quán)利要求】
1.一種碳納米壁粉末的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 使用稀酸溶液對金屬襯底進行刻蝕； 在無氧和第一保護氣體的氛圍下，將所述金屬襯底加熱至600°c、00°C ； 在紫外光的照射下，向所述金屬襯底表面通入甲烷、乙烷、丙烷、乙炔及乙醇中的一種，經(jīng)過光催化化學氣相沉積反應30分鐘~300分鐘，在所述金屬襯底表面生成碳納米壁；及 反應完成后，在所述第一保護氣體的氛圍下將附有碳納米壁的金屬襯底冷卻至室溫，然后將所述碳納米壁從所述金屬襯底的表面刮下，得到碳納米壁粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米壁粉末的制備方法，其特征在于，所述使用稀酸溶液對金屬襯底進行刻蝕的步驟具體為:將所述金屬襯底放入濃度為0.01mol/L^lmol/L的稀酸溶液中刻蝕0.5分鐘~10分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的碳納米壁粉末的制備方法，其特征在于，所述使用稀酸溶液對金屬襯底進行刻蝕步驟具體為:將所述金屬襯底放入濃度為0.lmol/L^0.5mol/L的稀酸溶液中刻蝕I分鐘分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米壁粉末的制備方法，其特征在于，所述紫外光的波長為 20(T400nm。
5.根據(jù) 權(quán)利要求1所述的碳納米壁粉末的制備方法，其特征在于，所述金屬襯底選自鐵箔、鎳箔及鈷箔中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米壁粉末的制備方法，其特征在于，所述甲烷、乙烷、丙烷、乙炔及乙醇中的一種的流量為lOsccnTlOOOsccm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米壁粉末的制備方法，其特征在于，所述甲烷、乙烷、丙烷、乙炔及乙醇中的一種與所述第一保護氣體的體積比為2~10:1。
8.一種石墨烯納米帶的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米壁粉末的制備方法制備得到碳納米壁粉末； 將所述碳納米壁粉末放置于集流體上并壓制成碳納米壁片層得到工作電極； 將對電極、參比電極及所述工作電極共同浸泡于電解液中，在5mA/CnT100mA/Cm2的電流密度、室溫下反應I小時~20小時后，將反應后的電解液進行過濾、洗滌濾渣并干燥得到插層碳納米壁 '及 將所述插層碳納米壁在第二保護氣體氛圍及500W~1000W的等離子體氛圍中處理10秒飛00秒，得到石墨烯納米帶。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的石墨烯納米帶的制備方法，其特征在于，所述電解液選自甲酸、乙酸、丙酸、硝酸、硝基甲烷中的至少一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的石墨烯納米帶的制備方法，其特征在于，所述干燥的條件為于60°C~80°C下真空干燥12小時~24小時。
【文檔編號】B82Y30/00GK103879995SQ201210558251
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月20日
【發(fā)明者】周明杰, 袁新生, 王要兵, 劉大喜 申請人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司, 深圳市海洋王照明工程有限公司