【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及新型材料制备，尤其涉及一种具有氧掺杂的多孔螺旋碳纳米管的制备方法及其应用。
技术介绍
1、碳网络中的缺陷和异原子掺杂在电磁性能方面的特殊优势为设计先进的碳基微波吸收材料提供了灵感。此外，缺陷和异原子可为在电化学储能过程中离子的吸附提供高效可利用的存储位点，并提升比表面积促进双电层电容的形成，使得电化学储能以表面控制为主，进而确保了碳材料作为电化学储能材料的可逆性能和速率性能。因此，寻找一种具有异原子掺杂的多孔碳基材料的制备方法是非常有必要的。
2、目前通过对富含碳前驱体的冷冻、碳化和活化是制备具有异原子掺杂且具有孔隙结构的多孔碳基材料的主要方法。例如，有报道一种用于制备嵌入cofe2o4颗粒的三维分级多孔碳纳米片的瞬时冷冻辅助模板策略，其中优化的复合吸收体在20wt％的低填充比下表现出-52.29db的最小反射损耗值[chemical engineering journal 427(2022)130796]。另一项研究利用冰模板法，然后进行碳化处理，获得了氮掺杂的多孔碳气凝胶，其在10wt％的低填充率下显示出7.36ghz有效吸收带宽[nano-micro lett.(2024)16:16]。另一方面，将三乙胺(tea)用作酸受体可在室温下缩聚合成聚环三磷氮合物-4,40-磺酰二酚(pzs)，再经过碳化和去除其中的siox模板可获得多孔碳球，该多孔碳球具有良好的分级多孔结构(微孔、介孔和大孔)，提供了更多的离子传输通道和快速反应动力学，用作电极具有优异的倍率性能和长循环稳定性[j.mater.chem.
3、但由于上述方法制备成本高且流程复杂，不易制备，因此亟须一种制备方法简单的异原子掺杂分级多孔碳材料。为此，我们提出一种具有氧掺杂的多孔螺旋碳纳米管的制备方法及其应用。
技术实现思路
1、本专利技术主要是解决上述现有技术所存在的技术问题，提供一种具有氧掺杂的多孔螺旋碳纳米管的制备方法及其应用。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案，一种具有氧掺杂的多孔螺旋碳纳米管，以三维螺旋碳纳米管为骨架，利用热氧化法在三维螺旋碳纳米管上进行造孔的同时掺杂氧原子，形成具有三维螺旋手性结构的多孔材料。
3、作为对上述方案的进一步限定，所述三维螺旋碳纳米管是采用化学气相沉积法合成且兼具sp2和sp3杂化的非晶－多晶结构。
4、一种具有氧掺杂的多孔螺旋碳纳米管的制备方法，以螺旋碳纳米管或实施高温碳化后的螺旋碳纳米管为原料，通过热氧化法优先去除螺旋碳纳米管中的非晶碳部分，在非晶碳部分被氧化去除的同时，形成孔结构，孔周围的碳原子在重构的同时，和氧原子化合，形成含氧官能团。
5、作为本专利技术的一种优选技术方案，具体包括以下制备步骤：
6、s1：采用螺旋碳纳米管或经高温碳化处理的螺旋碳纳米管为原料；
7、s2：将s1的原料放置于具有氧气或空气氛围的热氧化加热装置的腔室中，以1-20℃/min升至400-600℃后，启动恒温程序，保持时间为0-1h，制得一系列微-介-大孔并存的样品；
8、s3：将s2中制得的一系列微-介-大孔并存样品降至室温后取出。
9、作为对上述方案的进一步限定，所述s1中螺旋碳纳米管原料的高温碳化处理方法是将螺旋碳纳米管放置在氮气或氩气等惰性气体氛围中，加热至700℃以上进行碳化处理，常用碳化温度在900℃到1200℃之间。
10、作为对上述方案的进一步限定，所述s2中将螺旋碳纳米管或实施高温碳化后的螺旋碳纳米管放置在空气、氧气等含氧的气氛中，加热至500℃到600℃之间进行热氧化造孔，并同时将氧原子掺杂到孔周边的碳网络中。
11、作为本专利技术的一种优选技术方案，所述热氧化加热装置包括有燃烧加热装置、电阻加热装置、电感加热装置、微波加热装置和辐射加热装置中的任意一种。
12、一种具有氧掺杂的多孔螺旋碳纳米管的应用，所述多孔螺旋碳纳米管应用于电磁波的吸收和超级电容器。
13、有益效果
14、本专利技术提供了一种具有氧掺杂的多孔螺旋碳纳米管的制备方法及其应用。
15、具备以下有益效果：
16、1、本专利技术选用非晶多晶共存的螺旋碳纳米管作为原材料，仅通过一步热策略处理技术，得到了具有氧掺杂的多孔螺旋碳纳米管，造孔工艺简单易行，对实验条件要求相对较低。另外，该热策略技术具有低成本、易调控的优点。
17、2、本专利技术在制备过程中，通过控制热氧化温度以及时间，使得螺旋碳纳米管的部分非晶碳被氧化进而刻蚀成微孔或介孔，同时部分氧原子被掺入到周围的碳网络中。
18、3、本专利技术制备的氧掺杂多孔螺旋碳纳米管具有周期性大孔的同时，表现出了微(～0.8nm)－介孔(～0.4nm)并存的特性，通过对热氧化温度以及时间的调节，相比原始碳纳米管，本专利技术制备的氧掺杂多孔碳纳米管在保留长程导电网络的同时，比表面积得到大幅提升。
19、4、氧掺杂多孔螺旋碳纳米管作为吸波剂，吸收频段可覆盖雷达波段的c、x和ku波段，最宽有效吸收带宽可达7.3ghz。此外，此结构也有利于电解质－电极界面双电层电容的形成，同时大量的氧掺杂和碳缺陷提供了高效的离子存储位点，可以极大提升电容器的比容量。因此该材料在电磁波吸收以及超级电容器领域有广阔的应用前景。
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1.一种具有氧掺杂的多孔螺旋碳纳米管，其特征在于，以三维螺旋碳纳米管为骨架，利用热氧化法在三维螺旋碳纳米管上进行造孔的同时掺杂氧原子，形成具有三维螺旋手性结构的多孔材料。
2.根据权利要求1所述的具有氧掺杂的多孔螺旋碳纳米管，其特征在于：所述三维螺旋碳纳米管是采用化学气相沉积法合成且兼具sp2和sp3杂化的非晶-多晶结构。
3.一种如权利要求1-2任意一项所述的具有氧掺杂的多孔螺旋碳纳米管的制备方法，其特征在于，以螺旋碳纳米管或实施高温碳化后的螺旋碳纳米管为原料，通过热氧化法优先去除螺旋碳纳米管中的非晶碳部分，在非晶碳部分被氧化去除的同时，形成孔结构，孔周围的碳原子在重构的同时，和氧原子化合，形成含氧官能团。
4.根据权利要求3所述的具有氧掺杂的多孔螺旋碳纳米管的制备方法，其特征在于，具体包括以下制备步骤：
5.根据权利要求4所述的具有氧掺杂的多孔螺旋碳纳米管的制备方法，其特征在于：所述S1中螺旋碳纳米管原料的高温碳化处理方法是将螺旋碳纳米管放置在氮气或氩气等惰性气体氛围中，加热至700℃以上进行碳化处理，常用碳化温度在900℃到1
6.根据权利要求4所述的具有氧掺杂的多孔螺旋碳纳米管的制备方法，其特征在于：所述S2中将螺旋碳纳米管或实施高温碳化后的螺旋碳纳米管放置在空气、氧气等含氧的气氛中，加热至500℃到600℃之间进行热氧化造孔，并同时将氧原子掺杂到孔周边的碳网络中。
7.根据权利要求4所述的具有氧掺杂的多孔螺旋碳纳米管的制备方法，其特征在于：所述热氧化加热装置包括有燃烧加热装置、电阻加热装置、电感加热装置、微波加热装置和辐射加热装置中的任意一种。
8.一种如权利要求1-2任意一项所述的具有氧掺杂的多孔螺旋碳纳米管的应用，其特征在于：所述多孔螺旋碳纳米管应用于电磁波的吸收和超级电容器。
...【技术特征摘要】
1.一种具有氧掺杂的多孔螺旋碳纳米管，其特征在于，以三维螺旋碳纳米管为骨架，利用热氧化法在三维螺旋碳纳米管上进行造孔的同时掺杂氧原子，形成具有三维螺旋手性结构的多孔材料。
2.根据权利要求1所述的具有氧掺杂的多孔螺旋碳纳米管，其特征在于：所述三维螺旋碳纳米管是采用化学气相沉积法合成且兼具sp2和sp3杂化的非晶-多晶结构。
3.一种如权利要求1-2任意一项所述的具有氧掺杂的多孔螺旋碳纳米管的制备方法，其特征在于，以螺旋碳纳米管或实施高温碳化后的螺旋碳纳米管为原料，通过热氧化法优先去除螺旋碳纳米管中的非晶碳部分，在非晶碳部分被氧化去除的同时，形成孔结构，孔周围的碳原子在重构的同时，和氧原子化合，形成含氧官能团。
4.根据权利要求3所述的具有氧掺杂的多孔螺旋碳纳米管的制备方法，其特征在于，具体包括以下制备步骤：
5.根据权利要求4所述的具有氧掺杂的多孔螺...
【专利技术属性】
技术研发人员：潘路军，左学清，姜天明，
申请(专利权)人：华光高科特种材料大连有限公司，
类型：发明
国别省市：
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