本发明属于新型碳素材料领域，具体涉及到一种规整六边形的蜂窝状碳纳米材料的制备方法
背景技术：
轻质材料具有独特的物理性质，在各种实际工程领域具有非常广泛的应用。例如，具有高的机械强度的轻质材料可以作为航天材料使用，具有良好热导性的轻质材料可以应用于热交换器；另外，这些新型的轻质材料在能源电化学领域也具有广泛的应用。在这些轻质材料中，碳素材料是最有代表性的。碳有多种同素异形体，从块状的金刚石、石墨，到低维度的富勒烯、碳纳米管和石墨烯，它们都是材料科学富有丰富内涵的研究领域，也极大地扩展了材料科学的研究内容。低维度的碳材料，如石墨烯和碳纳米管不仅具有高的机械强度和良好的导热性，而且是能源电化学领域具有非常优异性能的催化剂载体。利用这种低维度的材料可以搭建三维（3d）的碳材料，后者具有更加突出的性能和应用前景。
在这些3d碳材料中，蜂窝状碳材料是最近人们最为关注的领域之一。目前，这类蜂窝状碳材料的制备过程比较复杂与繁琐，一般将真空升华的石墨进行沉积来制备蜂窝状碳。近年来，人们试图利用不同的方法制备具有蜂窝状结构的碳材料，但得到的蜂窝状结构不规整，没有规整的六边形出现，并且蜂窝大小不同，形状既有圆形，也有方形，并且这些形状有大也有小。因此，制备具有规整六边形的蜂窝状碳，对于拓展碳素材料的应用领域具有重要的应用价值。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种规整六边形的蜂窝状碳纳米材料，本发明的目的还提供了一种规整六边形的蜂窝状碳纳米材料及其制备方法。
为达到上述目的，本发明的实施方案为：一种规整六边形的蜂窝状碳纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）pmma乳状液的合成；
（2）pmma蜂窝模板的合成：在不同条件下，将pmma乳状液密封放置一定时间，得到pmma蜂窝模板；
（3）将间苯二酚溶于纯水中，搅拌均匀后，加入浓度为40%（wt%）的甲醛水溶液，继续搅拌后，加入pmma蜂窝模板，搅拌均匀后，将所得混合物于85℃恒温保持一定时间；随后将混合物过滤，得到的固体用纯水洗后，于40c下干燥，得到前驱体；
（4）将上述前驱体在氮气气氛下，首先以3℃min1的速度升温至200-350℃，在此温度下保持一定时间；随后以4℃×min1的速度继续升温至500-600℃，并在此温度下保持一定时间；最后以4℃×min-1的速度继续升温至850℃，并在此温度下保持一定时间；之后，自然冷却至室温，得到蜂窝碳纳米材料。
所述不同条件指的是：静止放置，或以每秒3个气泡左右的速度不断往溶液中通入n2，或每隔12h将乳状液搅拌5min;所述放置一定时间是指7天，或3天，或1小时；
一种根据所述的方法制备的一种规整六边形的蜂窝状碳纳米材料。
本发明通过pmma软模板法制备蜂窝状碳纳米材料：通过在pmma乳状液的制备过程中通入氮气，在pmma乳状液滴间形成一定的间隙，为后续的碳包裹留下空隙；通过将pmma乳状液在室温下放置一定的时间，使乳状液的软模板不断调整，最终形成蜂窝状的软模板；通过间苯二酚和甲醛之间的反应，在pmma蜂窝模板的间隙中形成间苯二酚甲醛树脂，从而形成蜂窝状的碳前驱体；通过分步热解方式，蜂窝状的碳前驱体在加热后开始软化，并不断向蜂窝模板的间隙流动，并最终在模板的外围连接起来，随着热解温度的不断升高，模板被除去，并且连接在一起的碳前驱体不断调整其内部结构，并最终得到具有稳定结构的蜂窝碳纳米材料。
附图说明
图1为规整六边形的蜂窝状碳纳米材料的制备机理示意图；
图2为实施例1制备的蜂窝碳纳米材料的sem图；
图3为实施例2制备的蜂窝碳纳米材料的sem图。
具体实施方式
实施例1：
（1）pmma乳状液的合成
采用现有技术（于彤,杨俊和,史美仁，无皂乳液制备pmma动力学及其模型，南京工业大学学报，2006，28(2):10-14），对其进行改进后合成pmma乳状液:
将500ml体积比为1:15的甲基丙烯酸甲酯(mma)单体和二次蒸馏水的混合溶液置入三颈反应烧瓶中，开启磁力搅拌，同时接入n2导入管，并且将n2导入管插入溶液底部，开始时n2气泡逸出速度约为每秒10个，并保持5min；随后保持n2气泡逸出速度约为每秒3个左右，直至反应结束；接着加热到75℃，并加入90g过硫酸钾；之后再加热至80℃，并保持8h，得到白色乳状液，即为pmma乳状液。
（2）pmma蜂窝模板的合成
在静止状态下，将所得乳状液密封放置7天，得到pmma蜂窝模板。
（3）将3g间苯二酚溶于25ml纯水中，搅拌均匀后，加入5ml浓度为40%（wt%）的甲醛水溶液，继续搅拌10mim后，加入145ml上述pmma蜂窝模板乳液，搅拌均匀后，将所得混合物转入反应器并密封后，再将该反应器置于85℃恒温箱内保持3天；随后将混合物过滤，得到的固体用纯水洗2次后，转入真空干燥箱内，于40c下干燥12h，得到前驱体。
（4）将上述前驱体转入管式反应炉内，在氮气气氛下，首先以3℃×min-1的速度升温至200~350℃，在此温度下保持1h；随后以4℃×min-1的速度继续升温至500~600℃，并在此温度下保持1h；最后以4℃×min-1的速度继续升温至850℃，并在此温度下保持3h；之后，自然冷却至室温，得到蜂窝碳纳米材料。
实施例2：
步骤（1）与实施例1的步骤（1）相同。
（2）pmma蜂窝模板的合成
在静止状态下，将所得乳状液密封放置3天，得到pmma蜂窝模板。
步骤（3）和（4）与实施例1的步骤（3）和（4）相同。
实施例3：
步骤（1）与实施例1的步骤（1）相同。
（2）pmma蜂窝模板的合成
在静止状态下，将所得乳状液密封放置1小时，得到pmma蜂窝模板。
步骤（3）和（4）与实施例1的步骤（3）和（4）相同。
实施例4：
步骤（1）与实施例1的步骤（1）相同。
（2）pmma蜂窝模板的合成
以每秒3个气泡左右的速度不断往乳状液中通入n2，并保持7天，得到pmma蜂窝模板。
步骤（3）和（4）与实施例1的步骤（3）和（4）相同。
实施例5：
步骤（1）与实施例1的步骤（1）相同。
（2）pmma蜂窝模板的合成
将乳状液每隔12h搅拌5min，随后继续密封并保持7天，得到pmma蜂窝模板。