水热法制备三维凝聚碳球模板的方法与流程

本发明属于纳米材料的制备技术领域，具体涉及一种水热法制备三维凝聚碳球模板的方法。

背景技术：

模板法是利用模板即纳米尺寸反应器制备纳米结构材料的过程。模板法大致可以分为两类，硬模板法和软模板法。硬模板法是将反应前驱体材料引入硬模板孔道中，焙烧后在纳米孔道中形成纳米颗粒，去除硬模板后得到相应的纳米材料，理想情况下所得材料可以保持所用模板的孔道形貌，常用的硬模板有多孔氧化铝、介孔沸石、MCM-41、多孔Si模板等；软模板法则常常利用表面活性剂分子聚集成的胶团、反胶团、囊泡等为模板进行合成，与硬模板法相比，软模板法更容易除去模板。近年来，模板法与其它多种方法交叉发展，形成更利于实际应用的新型技术方法。

氧化石墨烯材料由于富含羟基、环氧基、羧基等基团被用作新型模板，而且基于石墨烯、氧化石墨烯的复合材料逐渐成为研究热点。二维石墨烯材料具有较大的比表面积、暴露较多的活性位点，2013年Zhao等人使用石墨烯作为模板合成出超薄片状MnO₂；2014年Zhao Yong等人用碳球作为模板合成出C@MnO₂材料。由二维材料组装的三维结构多孔材料具有更大的比表面积和更高的导电性能够更有效的扩展其应用。由于三维结构石墨烯的表面性质得到改善，比表面积增大及活性暴露位点的增多使其获得研究学者的青睐。Sui等使用聚乙烯亚胺（polyethylenimine，PEI）为反应基底，室温下通过简易的溶胶凝胶法制备出对染料及CO₂等气体有较好吸附作用的三维氧化石墨烯-PEI多孔材料，极大的比表面积（476m²g^-1）赋予其极好的吸附性能，比单独的氧化石墨烯GO（比表面积为31m²g^-1）效率提升很多。Cao等使用三维石墨烯为骨架负载MOF结构的化合物，煅烧处理后得到三维石墨烯负载的金属氧化物，光催化测试结果表明该类化合物的具有更多优异的性能。

尽管自组装形成的多孔石墨烯三维骨架大幅度提升了储存容量、缓解了表面张力，通过这种模板所制备的纳米结构材料得到较好的性能，但是目前三维石墨烯模板的制备比较麻烦，而且成本较高。廉价较易操作的水热法很难得到凝聚较强的碳球模板，制备廉价的高质量的三维纳米结构的碳球模板在纳米材料制备领域有重要意义，探索水热法制备凝聚较强的碳球模板，有利于促进纳米结构材料的制备研究和应用。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是提供了一种工艺简单且成本低廉的水热法制备三维凝聚碳球模板的方法。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，水热法制备三维凝聚碳球模板的方法，其特征在于具体步骤为：将2g分析纯葡萄糖溶于40mL去离子水中，再加入0.3g石膏晶须，然后将溶解后得到的澄清透明溶液转移至水热反应釜中于190℃水热反应12h，自然冷却至室温，离心收集沉淀，分别用去离子水、乙醇洗涤沉淀，再于80℃烘干12h得到平均粒径为200nm的三维凝聚碳球模板。

进一步优选，通过改变反应温度实现三维凝聚碳球模板粒径的改变。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明采用水热法制备凝聚碳球模板比其它方法相比容易操作，而且成本低廉，通过添加凝聚剂有效解决了单纯水热法难以得到三维凝聚结构纳米碳球模板的问题。

附图说明

图1是本发明实施例2制得的三维凝聚碳球模板的XRD图谱；

图2是本发明实施例1制得的三维碳球模板的SEM图和TEM图；

图3是本发明实施例2制得的三维凝聚碳球模板的SEM图和TEM图；

图4是由实施例2得到的三维凝聚碳球模板制得三维蜂窝状纳米结构MnO₂的SEM图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明作进一步说明，但并不以任何形式限制本发明的内容。

实施例1

将2g分析纯葡萄糖溶于40mL去离子水中，然后将溶解后得到的澄清透明溶液转移至50mL聚四氟乙烯内胆的水热反应釜中于190℃水热反应12h，自然冷却至室温，离心收集沉淀，分别用去离子水、乙醇洗涤沉淀，再于80℃烘干12h得到平均粒径为500nm的三维碳球模板。图2是本实施例制得的三维碳球模板的SEM图和TEM图，其中a为SEM图，b为TEM图，由图可知，制得的三维碳球模板尺寸较为均匀且一致性较好，但是连接性不强，而且改变反应温度也很难得到三维凝聚结构纳米碳球模板。

实施例2

将2g分析纯葡萄糖溶于40mL去离子水中，再加入0.3g石膏晶须，然后将溶解后得到的澄清透明溶液转移至水热反应釜中于190℃水热反应12h，自然冷却至室温，离心收集沉淀，分别用去离子水、乙醇洗涤沉淀，再于80℃烘干12h得到平均粒径为200nm的三维凝聚碳球模板。图1是本实施例制得的三维凝聚碳球模板的XRD图谱；图3是本实施例制得的三维凝聚碳球模板的SEM图和TEM图，其中a为SEM图，b为TEM图，由图可知，制得的三维凝聚碳球模板尺寸不太均匀，但是连接性较强，通过改变反应温度可以制得其它尺寸的三维凝聚碳球模板。

将实施例2组装后的三维凝聚碳球模板与KMnO₄溶液反应10h后得到产物的SEM照片如图4所示，由图4可以看出样品由三维蜂窝状网络结构有序排列组成，与所用三维凝聚碳球模板的孔道形貌一致，证明所制备的三维凝聚碳球模板达到了要求。

以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。