一种帽状纳米石墨及其制备方法和用途

摘要

本发明公开了一种帽状纳米石墨及其制备方法和用途，属于纳米材料制备与电化学储能技术领域。首先制备在化学气相沉积气氛中能够产生不均匀积碳的模剂，然后在制得的模板剂上生成帽状纳米石墨，最后将模板剂去除、干燥，从而制得帽状纳米石墨。制得的帽状纳米石墨呈帽形结构，最宽处直径6-1000nm，帽子高度为其最宽处直径的1/5-1/2；比表面积为80-2000m²/g。可以将帽状纳米石墨用作电极材料，制作超级电容器；其中，所述的帽状纳米石墨在超级电容器中的质量分数为20-40%。本发明提供的方法操作简单、成本低、环保；制得的帽状纳米石墨比表面积利用率和能量密度高；用作电极材料制作超级电容器时效果好。

主权项

一种帽状纳米石墨的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)使用直径在5‑990nm的Ⅰ类或Ⅱ类纳米颗粒中的一种或多种，通过水热或高温热处理的方法，使纳米颗粒间产生粘接，形成孔隙率为30‑70％的片状模板剂；其中，所述的Ⅰ类纳米颗粒为：MgO、MgCO₃、CaCO₃、ZnO、TiO₂、铜、铁、锌、镍、钴、锰、银和金；所述的Ⅱ类纳米颗粒为Al₂O₃、SiO₂、ZrO₂和钼；所述的水热处理的条件为：在130‑250℃条件下，处理1‑24小时；所述的高温热处理的条件为：在700‑900℃条件下，处理0.5‑5小时；(2)将步骤(1)制得的片状模板剂置于反应器中，通入碳源和载气，在35‑1000℃条件下反应0.1秒至60分钟后，停止通入碳源；所述的碳源在片状模板剂表面裂解生成帽状纳米石墨；(3)将沉积有帽状纳米石墨的片状模板剂，放入酸性或碱性溶液中处理，从而将片状模板剂部分溶解；然后使用功率为0.3‑3kW的超声波处理1秒至3小时，使帽状纳米石墨与片状模板剂分离；最后通过常规的洗涤、干燥，得到帽状纳米石墨产品；当模板剂的制备原料仅来自于Ⅰ类纳米颗粒时，使用0.1‑1mol/L酸溶液处理1秒至30秒；当模板剂的制备原料仅来自于Ⅱ类纳米颗粒时，使用0.1‑0.5mol/L碱溶液处理1秒至30秒；当模板剂的制备原料既有来自于Ⅰ类纳米颗粒，也有来自于Ⅱ类纳米颗粒时，则先用0.1‑1mol/L的酸溶液处理1秒至1分钟，再用0.1‑0.5mol/L碱溶液处理1秒至1分钟。