本发明专利技术公开了一种有机小分子制备的层状碳材料的方法和应用，所述方法包括如下步骤：以有机胺以及酸性化合物为原料，制备层状碳材料前驱体；再将所述层状碳材料前驱体碳化，制备得到层状碳材料。本发明专利技术所述方法首先利用酸性化合物和有机胺反应，制备尺寸可控的层状碳材料前驱体A，然后通过简单的聚合处理得到层状碳材料前驱体B，所述前驱体B碳化或所述前驱体A直接碳化，制备得到尺寸可控的层状碳材料。制备得到尺寸可控的层状碳材料。制备得到尺寸可控的层状碳材料。
【技术实现步骤摘要】
一种有机小分子制备层状碳材料的方法和其在储能方面的应用
[0001]本专利技术涉及一种层状碳材料
，特别地，涉及一种层状碳材料及其制备方法和在储能方面的应用。
技术介绍
[0002]石墨是最常见的具有层状结构的碳材料，在储能、机械润滑和医药等方面具有广阔的应用前景。这种独特的层状结构吸引了大量的科研工作者，目前制备层状碳材料的方法主要有：(1)模板法，利用天然层状材料或人工合成层状材料在其层间或剥离后的片层上进行含碳物质插层或沉积，最后去除模板得到层状碳材料，该类方法制备过程繁琐、耗时长，同时也存在产率低的问题(CN108428894B；Li,Y.；Chen,M.
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s.；Cheng,J.；Fu,W.；Hu,Y.；Liu,B.；Zhang,M.；Shen,Z.Two Dimensional Layered Ultrathin Carbon/TiO
2 Nanosheets Composite for Superior Pseudocapacitive Lithium Storage.Langmuir 2020,36,2255
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2263.；Zhang M,Hu Y,Cheng J,et al.Synthesis of Highly
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Ordered Two
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Dimensional Hierarchically Porous Carbon Nanosheet Stacks as Advanced Electrode Materials for Lithium
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Ion Storage[J].ACS Applied Energy Materials,2020,4(1).)；(2)化学沉积法(CVD)可以制备尺寸、厚度可控的层状碳材料，但该制备方法存在成本高和产率极低的问题(Tang L,Tan J,Nong H,et al.Growth of Two
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dimensional Compound Materials:Controllability,Material Quality,and Growth Mechanism[J].2020；CN102492934B；CN107572525A)。上述两种方法，均存在制备工艺复杂、产率低的缺点，基于此我们开发了一种从有机小分子出发设计制备石墨类层状碳材料的规模化方法。且由小分子制备的层状碳材料具有尺寸可控、设计改性灵活、层状间距可调、非晶化等潜在的优势，同时也在储能方面具有广阔的应用潜力。
技术实现思路
[0003]为了改善上述技术问题，本专利技术提供了一种层状碳材料及其制备方法和应用，所述层状碳材料首次采用有机胺与酸性化合物反应，制备层状碳前驱体材料，然后依次通过聚合碳化得到层状碳材料，或者将层状碳前驱体材料不经过聚合，直接碳化得到层状碳材料；通过控制有机胺与酸性化合物的反应条件，可以得到不同尺寸和产率的层状碳材料；同时，由于有机胺属于碱，它和酸性化合物的反应其本质上属于酸碱中和反应，因此产生的废液对环境污染小且可控。
[0004]本专利技术目的是通过如下技术方案实现的：
[0005]一种层状碳材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
[0006]将原料有机胺、酸性化合物混合，制备层状碳材料前驱体；再将所述层状碳材料前驱体碳化，制备得到层状碳材料。
[0007]根据本专利技术，所述原料中还包括溶剂。例如，将有机胺、酸性化合物在溶剂中混合
均匀。
[0008]根据本专利技术，所述制备方法还可以在氧化剂的存在下进行。
[0009]根据本专利技术，所述层状碳材料的制备方法，具体包括如下步骤：
[0010](1)将有机胺、酸性化合物、任选地加入或者不加入溶剂，混合均匀反应，制备得到层状碳材料前驱体A；
[0011](2)将步骤(1)中所述层状碳材料前驱体A，在氧化剂存在下，进行聚合反应，得到层状碳材料前驱体B；
[0012](3)将步骤(2)中所述层状碳材料前驱体B，在非氧化气氛下进行碳化，制备得到层状碳材料。
[0013]根据本专利技术，步骤(1)中，可以将酸性化合物加入到有机胺溶液中，或者可以将有机胺溶液加入到酸性化合物中；其中，有机胺溶液可以是将有机胺溶解在溶剂中。
[0014]根据本专利技术，所述层状碳材料的制备方法，具体包括如下步骤：
[0015](S1)将有机胺、酸性化合物，任选地加入或者不加入溶剂，混合均匀反应，得到层状碳材料前驱体A；
[0016](S2)将步骤(1)中所述层状碳材料前驱体A，在非氧化气氛下进行碳化，制备得到层状碳材料。
[0017]根据本专利技术，步骤(1)或者步骤(S1)例如可以为：将有机胺、酸性化合物混合均匀反应，制备得到层状碳材料前驱体A；或者将有机胺、酸性化合物、溶剂，混合均匀反应，制备得到层状碳材料前驱体A。
[0018]本专利技术中，所述非氧化气氛例如为氮气、氢气、氩气、氨气、氦气等中的至少一种。例如，氦气与氮气混合气、氮气与氩气混合气或氦气与氨气混合气等。
[0019]根据本专利技术，所述层状碳材料前驱体A的尺寸为100nm～100μm。
[0020]根据本专利技术，所述层状碳材料的尺寸为100nm～100μm。
[0021]根据本专利技术，所述有机胺选自芳香胺类、脂肪类、醇胺类、酰胺类、脂环胺类、萘系胺类和胺基与苯环直接相连的衍生物中的至少一种；例如选自乙胺、丙胺、戊胺、已胺、庚胺、辛胺、正丁胺、壬胺、癸胺、十一胺、十二胺、十三胺、十四胺、十五胺、十六胺、十七胺、十八胺，或C3
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C18支链胺、乙二胺、苄胺、甲基二乙醇胺、间胺基苄胺、间苯二胺、间苯二甲胺，邻苯二胺、联苯胺、苯胺及其衍生物、对苯二胺，3,3
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二氨基联苯胺，3,3',5,5'
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四甲基联苯胺、2
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萘胺、3,3
′‑
二甲基联苯胺、3.3'
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二甲基
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4.4'二氨基二苯甲烷、己内酰胺、甲基环己二胺等中的一种、两种或多种。
[0022]根据本专利技术，步骤(1)中，所述酸性化合物选自硼酸、柠檬酸、草酸、磷酸、焦磷酸、乙酸酐、五氧化二磷、三氧化硫、、氨基酸类(比如：包括甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸(蛋氨酸)、脯氨酸、色氨酸、丝氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、苯丙氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、苏氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸、硒半胱氨酸或吡咯赖氨酸)、醋酸、磷酸二氢碱金属盐(比如磷酸二氢钾、磷酸二氢钠、磷酸二氢锂等)、磷酸一氢碱金属盐(比如磷酸一氢钾、磷酸一氢钠、磷酸一氢锂等)、植酸、硫酸、盐酸、硝酸、马尿酸、含磺酸或磷酸基团的化合物(例如：含磺酸基团化合物化学化学式R
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SO3H如对甲苯磺酸、对氨基苯磺酸、对胺基苯磺酸钠，含磷酸基团的化合物如苯基膦酸、苯基磷酸、焦磷酸钠，含羧酸基团的化合物如苯甲酸、对羟本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种层状碳材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：将原料有机胺、酸性化合物混合，制备层状碳材料前驱体；再将所述层状碳材料前驱体碳化，制备得到层状碳材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述原料中还包括溶剂。优选地，所述制备方法在氧化剂的存在下进行。3.根据权利要求1
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2任一项所述的制备方法，其特征在于，所述层状碳材料的制备方法，具体包括如下步骤：(1)将有机胺、酸性化合物、任选地加入或者不加入溶剂，混合反应，制备得到层状碳材料前驱体A；(2)将步骤(1)中所述层状碳材料前驱体A，在氧化剂存在下，进行聚合反应，得到层状碳材料前驱体B；(3)将步骤(2)中所述层状碳材料前驱体B，在非氧化气氛下进行碳化，制备得到层状碳材料。4.根据权利要求1
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3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述层状碳材料的制备方法，具体包括如下步骤：(S1)将有机胺、酸性化合物，任选地加入或者不加入溶剂，混合反应，得到层状碳材料前驱体A；(S2)将步骤(1)中所述层状碳材料前驱体A，在非氧化气氛下进行碳化，制备得到层状碳材料。优选地，所述非氧化气氛为氮气、氢气、氩气、氨气、氦气中的至少一种。优选地，为氦气与氮气混合气、氮气与氩气混合气，或氦气与氨气混合气。5.根据权利要求1
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4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述层状碳材料前驱体A的尺寸为100nm～100μm。优选地，所述层状碳材料的尺寸为100nm～100μm。6.根据权利要求1
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4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述有机胺选自芳香胺类、脂肪类、醇胺类、酰胺类、脂环胺类、萘系胺类和胺基与苯环直接相连的衍生物中的至少一种；选自乙胺、丙胺、戊胺、已胺、庚胺、辛胺、正丁胺、壬胺、癸胺、十一胺、十二胺、十三胺、十四胺、十五胺、十六胺、十七胺、十八胺，或C3
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C18支链胺、乙二胺、苄胺、甲基二乙醇胺、间胺基苄胺、间苯二胺、间苯二甲胺，邻苯二胺、联苯胺、苯胺及其衍生物、对苯二胺、3,3
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四甲基联苯胺、2
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萘胺、3,3
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二甲基联苯胺、3.3'
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4.4'二氨基二苯甲烷、己内酰胺、甲基环己二胺中的一种、两种或多种。优选地，所述酸性化合物选自硼酸、柠檬酸、草酸、磷酸、焦磷酸、乙酸酐、五氧化二磷、三氧化硫、对甲苯磺酸、甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸(蛋氨酸)、脯氨酸...
【专利技术属性】
技术研发人员：张凯，傅文武，申仲荣，
申请(专利权)人：厦门稀土材料研究所，
类型：发明
国别省市：
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