本發(fā)明涉及新材料領(lǐng)域，特別是涉及一種多孔碳球殼納米顆粒的制備方法、產(chǎn)品及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著科技的不斷發(fā)展，碳球殼材料的獨(dú)特性受到人們的關(guān)注，還引發(fā)了科學(xué)界和工業(yè)界對(duì)其更深層次的探索與利用。研究人員發(fā)現(xiàn)，通過(guò)精細(xì)調(diào)控碳球殼的孔徑大小、殼層厚度以及表面化學(xué)性質(zhì)，可以進(jìn)一步拓展其應(yīng)用范圍。

2、在能源存儲(chǔ)領(lǐng)域，碳球殼材料展現(xiàn)出了非凡的潛力。其高比表面積和優(yōu)良的導(dǎo)電性使得它成為理想的電極材料，能夠顯著提升電池和超級(jí)電容器的能量密度和循環(huán)穩(wěn)定性。此外，通過(guò)引入特定的官能團(tuán)或納米顆粒，可以進(jìn)一步增強(qiáng)碳球殼材料的電化學(xué)性能，為開發(fā)新型高效能量存儲(chǔ)器件提供有力支持。

3、在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，碳球殼材料同樣具有廣闊的應(yīng)用前景。其良好的生物相容性和可修飾性使得它成為藥物傳遞系統(tǒng)、生物傳感器以及組織工程等領(lǐng)域的理想候選材料。通過(guò)精確控制碳球殼的尺寸和表面特性，可以實(shí)現(xiàn)藥物的靶向遞送和持續(xù)釋放，提高治療效果并減少副作用。

4、此外，碳球殼材料在環(huán)境治理方面也發(fā)揮著重要作用。其高吸附性和選擇性使得它能夠有效地去除水中的重金屬離子、有機(jī)污染物等有害物質(zhì)，為保護(hù)水資源和改善環(huán)境質(zhì)量提供了有力手段。

5、綜上所述，碳球殼材料作為一種具有多種優(yōu)良性能的新型材料，在能源、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境治理等多個(gè)領(lǐng)域都展現(xiàn)出了廣泛的應(yīng)用前景。隨著研究的不斷深入和技術(shù)的不斷進(jìn)步，相信碳球殼材料將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，為人類社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)。

6、目前，碳球殼納米顆粒的制備工藝有模板法，其是制備碳球殼材料的一種常用方法，其關(guān)鍵在于選擇并處理合適的模板，模板可以是硬模板，也可以是軟模板如表面活性劑或聚合物；溶膠-凝膠法是一種基于化學(xué)反應(yīng)制備材料的方法，也適用于碳球殼的制備；化學(xué)氣相沉積法(cvd)法是一種在氣相中通過(guò)化學(xué)反應(yīng)直接在基底上沉積材料的方法。對(duì)于碳球殼的制備，可以采用cvd法在模板表面沉積碳層，然后通過(guò)去除模板得到中空結(jié)構(gòu)；溶劑(水)熱法是在密閉的反應(yīng)釜中，利用高溫高壓的溶劑環(huán)境來(lái)促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的一種方法。對(duì)于碳球殼的制備，溶劑熱法可以通過(guò)一步或多步反應(yīng)直接生成中空結(jié)構(gòu)。除了上述傳統(tǒng)的制備方法外，近年來(lái)還涌現(xiàn)出了一些新的制備技術(shù)和工藝。例如，微波輔助加熱法等先進(jìn)技術(shù)來(lái)制備具有特殊形貌和功能的碳球殼材料。

7、綜上所述，碳球殼納米材料的制備方法和工藝多種多樣，不同的方法適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景和性能要求。隨著科技的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，相信未來(lái)會(huì)有更多新穎高效的制備技術(shù)和工藝被開發(fā)出來(lái)。

8、現(xiàn)有的碳球殼納米材料制備技術(shù)，不管是傳統(tǒng)模板法、溶膠-凝膠法、化學(xué)氣相沉積法(cvd)、溶劑(水)熱法、還是微波輔助加熱法都存在嚴(yán)重的缺陷。比如傳統(tǒng)模板法使用強(qiáng)酸強(qiáng)堿去除模板存在污染，溶膠-凝膠法制備過(guò)程中有些步驟難以控制，化學(xué)氣相沉積法(cvd)制備所需設(shè)備通常較為昂貴且操作復(fù)雜，溶劑(水)熱法和微波輔助加熱法同樣存在操作復(fù)雜、設(shè)備昂貴復(fù)雜和成本高的問(wèn)題等等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于上述內(nèi)容，本發(fā)明提供一種多孔碳球殼納米顆粒的制備方法、產(chǎn)品及應(yīng)用。本發(fā)明方法能夠在常溫常壓下通過(guò)物理變性的方法批量連續(xù)的將碳源包覆在氧化鋁納米顆粒表面，并通過(guò)常溫?cái)嚢杷萑コ趸X納米顆粒模板，最后通過(guò)干燥和煅燒等方法得到多孔碳球殼納米顆粒。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、本發(fā)明技術(shù)方案之一，一種多孔碳球殼納米顆粒的制備方法，包括以下步驟：

4、將聚丙烯腈加入到有機(jī)溶劑中溶解，得到pan溶液；

5、將氧化鋁納米顆粒加入到pan溶液中混勻，得到待包覆氧化鋁納米顆?；旌弦?；

6、將所述待包覆氧化鋁納米顆?；旌弦阂砸旱蔚男问郊尤胨行纬蓮?fù)合納米顆粒，之后攪拌，得到pan碳源球殼；

7、對(duì)所述pan碳源球殼進(jìn)行干燥、碳化燒結(jié)，得到所述多孔碳球殼納米顆粒。

8、本發(fā)明技術(shù)方案之二，一種利用上述制備方法制備得到的多孔碳球殼納米顆粒。

9、本發(fā)明技術(shù)方案之三，上述的多孔碳球殼納米顆粒在能源存儲(chǔ)領(lǐng)域、藥物制備或者環(huán)境治理方面的應(yīng)用。

10、本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：

11、本發(fā)明使用聚丙烯腈(pan)作為碳源，同時(shí)充分利用聚丙烯腈遇水發(fā)生物理變性的特點(diǎn)完成碳源對(duì)納米金屬顆粒的包覆。在噴射過(guò)程中氧化鋁納米顆粒與pan的混合溶液被分散成無(wú)數(shù)pan溶液包裹氧化鋁納米顆粒的小液滴，同時(shí)遇水發(fā)生變性完成碳源對(duì)納米金屬顆粒的包覆，此過(guò)程僅僅通過(guò)物理的特性并不涉及高溫、高壓以及引入雜質(zhì)等因素，從而避免了影響納米金屬顆粒固有的性質(zhì)。

12、本發(fā)明方法可進(jìn)行批量生產(chǎn)并且具有很高的可連續(xù)性，同時(shí)碳化過(guò)程可根據(jù)具體的碳化要求進(jìn)一步設(shè)置不同碳化溫度以及碳化氣氛，具有操作簡(jiǎn)單、靈活多變性和高可靠性等優(yōu)勢(shì)，為多孔碳球殼納米顆粒的制備提供了新的途徑。

技術(shù)特征：

1.一種多孔碳球殼納米顆粒的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔碳球殼納米顆粒的制備方法，其特征在于，所述有機(jī)溶劑為n,n-二甲基甲酰胺；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔碳球殼納米顆粒的制備方法，其特征在于，所述pan溶液濃度為0.03g/ml～6g/ml。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔碳球殼納米顆粒的制備方法，其特征在于，所述氧化鋁納米顆粒與所述聚丙烯腈的質(zhì)量比為1:(0.5～30)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔碳球殼納米顆粒的制備方法，其特征在于，所述攪拌的速率為50rpm～1000rpm，時(shí)間為1h～24h。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔碳球殼納米顆粒的制備方法，其特征在于，所述干燥的溫度為30～100℃，時(shí)間為12h～72h。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔碳球殼納米顆粒的制備方法，其特征在于，所述碳化燒結(jié)的溫度為400～1000℃。

8.根據(jù)權(quán)利要求1～7任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到的多孔碳球殼納米顆粒。

9.如權(quán)利要求8所述的多孔碳球殼納米顆粒在能源存儲(chǔ)領(lǐng)域、藥物制備或者環(huán)境治理方面的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及新材料領(lǐng)域，特別是涉及一種多孔碳球殼納米顆粒的制備方法、產(chǎn)品及應(yīng)用。該多孔碳球殼納米顆粒的制備方法，包括以下步驟：將聚丙烯腈加入到有機(jī)溶劑中溶解，得到PAN溶液；將氧化鋁納米顆粒加入到PAN溶液中混勻，得到待包覆氧化鋁納米顆?；旌弦海粚⑺龃惭趸X納米顆?；旌弦阂砸旱蔚男问郊尤胨行纬蓮?fù)合納米顆粒，之后攪拌，得到PAN碳源球殼；對(duì)所述PAN碳源球殼進(jìn)行干燥、碳化燒結(jié)，得到所述多孔碳球殼納米顆粒。本發(fā)明方法不涉及高溫、高壓以及引入雜質(zhì)等因素，從而避免了影響納米金屬顆粒固有的性質(zhì)。本發(fā)明方法可批量、連續(xù)生產(chǎn)，具有操作簡(jiǎn)單、靈活多變性和高可靠性等優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)研發(fā)人員：陳家勝,尹茹,鄒敏,焦鈺,余力,張浩,狄玉麗
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西昌學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19