碳纳米笼的制备及其应用研究进展
关于碳纳米管的研究报告进展综述
关于碳纳米管的研究进展1、前言1985年9月，Curl、Smally和Kroto发现了一个由个60个碳原子组成的完美对称的足球状分子，称作为富勒烯。
这个新分子是碳家族除石墨和金刚石外的新成员,它的发现刷新了人们对这一最熟悉元素的认识,并宣告一种新的化学和全新的“大碳结构”概念诞生了。
之后,人们相继发现并分离出C70、C76、C78、C84等。
1991年日本的Iijima教授用真空电弧蒸发石墨电极时,首次在高分辨透射电子显微镜下发现了具有纳米尺寸的碳的多层管状物—碳纳米管。
年,日本公司的科学家和匆通过改进电弧放电方法,成功的制备了克量级的碳纳米管。
1993年，通过在电弧放电中加入过渡金属催化剂,NEC和IBM研究小组同时成功地合成了单壁碳纳米管；同年，Yacaman等以乙炔为碳源，用铁作催化剂首次针对性的由化学气相沉积法成功地合成了多壁碳纳米管。
1996年,我国科学家实现了碳纳米管的大面积定向生长。
1998年,科研人员利用碳纳米管作电子管阴极同年,科学家使用碳纳米管制作室温工作的场效应晶体管;中国科学院金属研究所成会明研究小组采用催化热解碳氢化合物的方法得到了较高产率的单壁碳纳米管和由多根单壁碳纳米管形成的阵列以及由该阵列形成的数厘米长的条带。
1999年,国的一个研究小组制成了碳纳米管阴极彩色显示器样管。
2000年,日本科学家制成了高亮度的碳纳米管场发射显示器样管。
2001年,Schlitter等用热解有纳米图形的前驱体,通过自组装合成了单壁碳纳米管单晶,表明已经可以在微米级制得整体材料的单壁碳纳米管,并为宏量制备指出了方向。
2、碳纳米管的制备方法获得大批量、管径均匀和高纯度的碳纳米管,是研究其性能及应用的基础。
而大批量、低成本的合成工艺是碳纳米管实现工业化应用的保证。
因此对碳纳米管制备工艺的研究具有重要的意义。
目前,常用的制备碳纳米管的方法包括石墨电弧法、化学气相沉积法和激光蒸发法。
一般来说,石墨电弧法和激光蒸发法制备的碳纳米管纯度和晶化程度都较高,但产量较低。
草酸盐辅助合成铁单原子空心碳纳米笼电化学还原co2 -回复
草酸盐辅助合成铁单原子空心碳纳米笼电化学还原co2 -回复草酸盐辅助合成铁单原子空心碳纳米笼电化学还原CO2随着全球气候变化的日益严重以及能源需求的不断增长，减少二氧化碳（CO2）排放并开发清洁能源成为当今最重要的任务之一。
其中，将CO2转化为有用的化学品或燃料是一种具有巨大潜力的解决方案，而电化学还原CO2是其中的一种可行途径。
近年来，研究人员发现使用铁单原子空心碳纳米笼能够有效地促进CO2的电化学还原，从而帮助我们实现清洁能源的可持续发展。
在电化学还原CO2的过程中，催化剂的选择对于反应效率至关重要。
铁单原子空心碳纳米笼由于其独特的结构和化学特性，被认为是一种极具潜力的CO2还原催化剂。
然而，制备高效的铁单原子空心碳纳米笼催化剂是一个挑战。
为了克服这个问题，研究人员发现采用草酸盐辅助合成的方法能够有效地制备出高性能的铁单原子空心碳纳米笼催化剂。
草酸盐作为一种有机羧酸，具有较强的还原性和络合性。
在制备铁单原子空心碳纳米笼催化剂的过程中，草酸盐可以与金属离子形成金属络合物，并通过热解生成金属单原子位于空心碳纳米笼内部的结构。
这种方法不仅能够确保金属离子的均匀分散，还可以防止金属离子的聚集和堆积，从而获得高活性和稳定性的催化剂。
草酸盐辅助合成铁单原子空心碳纳米笼的过程可以分为以下几步：第一步，制备草酸盐溶液。
将适量的草酸溶解在溶剂中，例如水或乙醇。
草酸溶液的浓度可以根据需要进行调整。
第二步，加入金属盐。
将适量的铁盐加入草酸盐溶液中，形成金属离子的溶液。
金属盐的选择可以根据实验需求进行调整，例如可以选择FeCl3或Fe(NO3)3等。
第三步，形成胶体溶液。
将上述金属离子溶液与强还原剂反应，如丙二醇、乙酸铵等，形成胶体溶液。
在反应过程中，草酸盐通过络合作用将金属离子稳定在溶液中，并防止金属离子的聚集。
第四步，热解制备催化剂。
将胶体溶液置于炉中进行热解，使草酸盐通过热解过程生成空心碳纳米笼，并将金属单原子固定在其中。
碳纳米管的研究进展及应用
碳纳米管的研究进展及应用一引言1.1 纳米材料纳米材料是近年来受到人们极大关注的新型领域，纳米材料的概念形成于20世纪80年代，在上世纪90年代初期取得较大的发展。
广义地说，纳米材料是指其中任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料[1]。
当小粒子尺寸加入纳米量级时，其本身具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。
纳米材料具有四大特点: 尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子比例大。
从而使其具有奇异的力学、电学、光学、热学、化学活性、催化和超导特性，使纳米材料在国防、电子、化工、催化剂、医药等各种领域具有重要的应用价值。
1.2 碳纳米管碳是自然界分布非常普遍的一种元素。
碳元素的最大的特点之一就是存在多种同素异形体，形成许许多多的结构和性质完全不同的屋子。
长期以来，人们一直以为碳的晶体只有两种：石墨和金刚石。
直到1985年，英国科学家Kroto 和美国科学家Smalley在研究激光蒸发石墨电极时发现了碳的第三种晶体形式C60[2]，从此开启了人类认识碳的新阶段。
1991年，日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛（Iijima）发现了多壁碳纳米管（MultiWalled Carbon Nanotubes ，MWNTs），直径为4-30nm，长度为1um。
，最初称之为“Graphite tubular”。
1993年单壁碳纳米管也被发现（Single-Walled Carbon Nanotubes ，SWNTs），直径从0.4nm到3-4nm，长度可达几微米。
碳纳米管（CNT）[3]又名巴基管，是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口）的一维量子材料。
它是由单层或多层石墨片围绕中心轴按一定的螺旋角卷绕而成的无缝、中空的“微管”，每层由一个碳原子通过sp2杂化与周围3个碳原子完全键合后所构成的六边形组成的圆柱面。
碳纳米材料的研究进展
碳纳米材料的研究进展自楠(天津工业大学，天津市300160)pf”一’}十……………～…牛……‘1r～……¨卅弦…。
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4’T…一“………-一…’¨………"抖…4”……斗……“j”6叶¨’+……”叶4t州‘n"忙…4州p’{疆％j c}裔要]碳纳米材料被誉为21世纪的重要材料，而其拳身所拥有的潜在优越挂，在化学、物理学及材料学领域具有广阔的应用前景，成一：? Z为全球科学界各缀科研^员争相关注的焦点。
本文介绍了碳纳米材料的制备方法、应用领域、国内研究现状。
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’u}；}^j F一“≈hi-}“：女b自4§}o二-幽撑1简介等，以提高产率，制取所需要纯度的纳米材料。
纳米是一种门何尺寸的量度单位，—纳米是一米的十亿分之一，略等于45个原子排列起来的长度。
随着扫描隧道显微镜的发明使用，世界上诞生了以0．1。
100纳米这样尺度为研究对象的前沿学科，这就是纳米科技。
纳米科技以空前的分辨率为人类揭示了—个可见的原子、分子世界，确认了应用纳米科技可以直接以原子、分子构造、重组具有特定功能的产品目标，产生了纳米技术及其产品。
2制备方法．21化学气相沉积法化学气相沉积法又称为催化裂解法，是研究人员在使用石墨电弧法制取碳纳米管之后，基于气相生长炭纤维与碳纳米管形态相似的特性，通过改正催化剂处理与工艺参数，开发出的制备碳纳米材料的另一方法。
而根据其催化剂的引,h：T y-式的不同又分为两种：基种催化裂解法【简称基种法)和浮动催化裂解法。
22石墨电孤法采用石墨电弧法批量制备的碳纳米材料具有碳纳米管产率高、纯率高、纳米管呈成束状、制备所需时间极短等特点。
碳纳米笼实验报告
一、实验目的1. 了解碳纳米笼的制备方法；2. 掌握碳纳米笼的表征技术；3. 分析碳纳米笼的结构和性能。
二、实验原理碳纳米笼是一种新型的碳纳米材料，具有独特的笼状结构，由多个碳原子组成的六边形网状结构组成。
碳纳米笼具有高比表面积、优异的力学性能和良好的导电性等特点，在能源存储、催化、传感器等领域具有广泛的应用前景。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：- 聚丙烯腈（PAN）纤维；- 氧化剂（如KOH）；- 还原剂（如NaBH4）；- 乙醇；- 水浴锅；- 真空干燥箱；- 扫描电子显微镜（SEM）；- 透射电子显微镜（TEM）；- X射线衍射仪（XRD）；- 拉曼光谱仪（Raman）。
2. 实验仪器：- 电子天平；- 真空干燥箱；- 烧杯；- 烧瓶；- 磁力搅拌器；- 滤纸；- 容量瓶；- 玻璃棒。
四、实验步骤1. 聚丙烯腈（PAN）纤维的处理：将PAN纤维放入烧杯中，加入适量的去离子水，用玻璃棒搅拌，使纤维充分分散。
然后，将烧杯放入水浴锅中，加热至70℃，保持一段时间，使纤维充分溶胀。
2. 氧化反应：将溶胀后的PAN纤维转移到烧瓶中，加入适量的氧化剂KOH，用磁力搅拌器搅拌，使氧化剂充分溶解。
将烧瓶放入水浴锅中，加热至100℃，保持一段时间，使PAN纤维发生氧化反应。
3. 还原反应：在氧化反应结束后，向烧瓶中加入适量的还原剂NaBH4，用磁力搅拌器搅拌，使还原剂充分溶解。
将烧瓶放入水浴锅中，加热至100℃，保持一段时间，使氧化产物发生还原反应。
4. 洗涤与干燥：将还原反应后的产物过滤，用去离子水洗涤，去除杂质。
将洗涤后的产物放入真空干燥箱中，干燥至恒重。
5. 碳纳米笼的表征：使用SEM、TEM、XRD和Raman光谱仪对制备的碳纳米笼进行表征，分析其结构、形貌和性能。
五、实验结果与分析1. SEM分析：从SEM照片可以看出，制备的碳纳米笼具有规则的笼状结构，表面光滑，孔径均匀。
2. TEM分析：从TEM照片可以看出，碳纳米笼的内部结构清晰，碳纳米片排列有序，孔径分布均匀。
碳纳米卷轴的制备及研究进展
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引起 人们 的 广 泛 关注 ． 本文 综述 了碳 纳米 卷 轴制备 方 法及 其应 用的研 究进展 ， 对碳 纳 米卷 轴 并 的进一 步深入 研 究和发展 作 了展 望．
关键 词 ： 纳 米卷 轴 ； 层石 墨片 ； 究 ； 碳 单 研 进展
大量制备高品质空心碳纳米笼的方法[发明专利]
专利名称：大量制备高品质空心碳纳米笼的方法专利类型：发明专利
发明人：王喜章,钱敏杰,肖佩,蒋湘芬,蹇国强,胡征申请号：CN200810023448.X
申请日：20080414
公开号：CN101284663A
公开日：
20081015
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：大量制备高品质空心碳纳米笼的方法，步骤包括：1)取碱式碳酸镁或碳酸镁加入到反应管中，均匀铺散，放入管式炉中，然后抽出空气充入惰性气体，如N和Ar；在惰性气体氛围下，反应温度逐渐升温到670℃～900℃，引入C源蒸气，在10－500sccm惰性气体的保护下，反应5～240分钟；所述C源气体经惰性气体气流带入管式炉反应区，在原位生成的氧化镁纳米粒子表面碳化并包裹，形成MgO@C结构；反应结束后在惰性气体的保护下，反应管内温度降至室温；2)从反应管中收集粉末，置于足量的盐酸或硫酸中浸泡5－720分钟，去除MgO的内核，过滤，用去离子水洗涤至中性，烘干，得到空心碳纳米笼。
3)回收镁盐滤液。
本方法制备的碳纳米笼纯度高，前驱物价格低廉，容易回收再利用。
申请人：南京大学
地址：210093 江苏省南京市鼓楼区汉口路22号
国籍：CN
代理机构：南京天翼专利代理有限责任公司
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纳米碳管的结构﹑制备及应用
根据体系压力变化值、体系的标定体积和样品质 量以下式可计算出单壁纳米碳管的重量储氢容量η： 2 PV Δ η = 式中：ΔP为系统压降，（atm);V为系统体积,(L);M 2 PV + ZMRT Δ 为样品质量，（g)；Z为氢气压缩系数；R为普适 气体常数；T为实验温度，（K)。 该法优点：储氢和放氢容量都可测，而且储、放 氢的环境与实用过程接近，装置成本也较低。 缺点：需样品较大；要经常检查气密性；温度要 保持恒定。
2、纳米碳管储氢电极的制备 纳米碳管储氢电极的制作与其本身的性能关系密切。 粘接性能较好的纳米碳管，一般采用直接成型的方法。 例如，单壁纳米碳管和直径较小的多壁纳米碳管由于 具有极好的自粘接性能，可直接压片成型。而粘接性 能较差的纳米碳管，如直径较大的多壁纳米碳管，通 常需添加粘结剂辅助成型。粘结剂一般分为金属和非 金属两类。在纳米碳管电化学储氢研究中所用的金属 粘结剂有金粉（Au)钯粉（Pd)铜粉（Cu)以及镍粉（Ni) 等。非金属粘结剂主要是聚四氟乙烯（PTFE),对于用 这类粘结剂的电极，通常还需添加少量的乙炔炭黑作 导电剂。 3、纳米碳管的电化学储氢特性 （1）单壁纳米碳管 高纯的单壁纳米碳管会得到更高的电化学储氢容量； 单壁纳米碳管的电化学储氢容量与其预处理方法有很 大关系，纯化开口的单壁纳米碳管能更充分地进行电 化学储氢，热处理可去除附着在单壁纳米碳管表面含 氧官能团和其他一些杂质。定向单壁纳米碳管绳的吸 附量比非定向的单壁纳米碳管的高。
该法以苯为碳源，以二茂铁为催化剂前驱体，以氢气为 载气含有机化合物噻吩为生长促进剂，在1373~1423K下 催化生长多壁纳米碳管。二茂铁在473K的温度下开始蒸发， 在高于673K开始分解，随氢气和烃气体同时进入高温反应 区后被分解成单质铁，单质铁再相互碰撞，并逐渐聚集成超 细铁颗粒浮游在反应空间，条件适宜时，多壁纳米碳管开始 生长。
碳量子点的制备、性能及应用研究进展
碳量子点的制备、性能及应用研究进展一、本文概述随着纳米科技的飞速发展，碳量子点（Carbon Quantum Dots, CQDs）作为一种新兴的碳纳米材料，近年来引起了广泛的关注。
本文旨在全面综述碳量子点的制备技术、物理化学性能及其在各个领域的应用研究进展。
我们将介绍碳量子点的基本结构、性质和制备方法，包括自上而下和自下而上两大类方法。
然后，我们将重点讨论碳量子点在光学、电学、磁学等多方面的性能，并探讨其性能优化策略。
我们将综述碳量子点在生物成像、药物递送、光电器件、环境科学等领域的应用现状和发展前景。
通过本文的阐述，希望能够为碳量子点的进一步研究和应用提供有益的参考。
二、碳量子点的制备方法碳量子点的制备方法多种多样，主要包括自上而下（Top-Down）和自下而上（Bottom-Up）两大类方法。
自上而下法：这种方法通常利用物理或化学手段，将较大的碳材料（如石墨、碳纳米管等）破碎成纳米尺寸的碳量子点。
常见的物理方法包括激光烧蚀、电弧放电和球磨等，而化学方法则主要包括酸氧化、电化学氧化和热处理等。
自上而下法的优点是可以大规模制备，但制备过程中可能会引入杂质，影响碳量子点的纯度和性能。
自下而上法：这种方法则是以小分子为前驱体，通过化学反应或热解等方法，合成出碳量子点。
常见的前驱体包括柠檬酸、葡萄糖、乙二胺等有机物，以及二氧化碳、甲烷等无机物。
自下而上法的优点是可以精确控制碳量子点的尺寸、结构和表面性质，制备出的碳量子点纯度高、性能稳定。
但这种方法通常需要较高的反应温度和较长的反应时间，制备成本较高。
近年来，研究者们还开发了一些新型的制备方法，如微波辅助法、超声法、模板法等。
这些方法结合了自上而下和自下而上的优点，既可以实现大规模制备，又可以精确控制碳量子点的性质。
随着纳米技术的不断发展，研究者们还在探索利用生物方法制备碳量子点，如利用微生物、植物提取物等作为前驱体，通过生物合成的方式制备出具有特殊性能的碳量子点。
碳纳米材料的研究进展
碳纳米材料的研究进展XX武汉大学化学与分子科学学院摘要:碳纳米材料是具有纳米尺寸的碳材料，它有纳米材料的特性如表面效应，并且已经在许多领域中有着广泛的应用，如新能源、高效的储存器及各种电子器件。
由于碳元素在自然界中丰度大，相对质量小，化学与热力学性质稳定，所以在最近的二十年里碳材料在轻质、稳定结构材料方面有很广泛的应用。
尤其像富勒烯、碳纳米管、石墨烯、碳纤维等碳纳米结构材料引起了科学家们的广泛关注。
并且这些材料有可能为我们在新能源和高效的微电子器件方面带来革命性的突破。
本文将通过最新的研究成果，介绍碳纳米材料在电学器件、光学器件、传感器件等方面的应用，比较说明富勒烯，碳纳米管，石墨烯等材料的潜在应用前景，并对未来石墨烯的研究中的挑战做综述性论述。
关键词：碳纳米材料发展趋势新的研究成果微电子器件The development of carbon nanomaterialsYang LiCollege of chemistry and molecular, Wuhan universityAbstract:carbon nanomaterials materials, that is, carbon materials with a feature size on the nanometer scale and, in some cases, functionalized surfaces, already play an important role in a wide range of emerging fields, such as the search for novel energy sources, efficientenergy storage, sustainable chemical technology, as well as organic electronic materials. The high natural abundance of carbon, its low specific weight, as well as the chemical and thermal robustness of the different carbon allotropes have resulted in carbon components being increasingly utilized in cheap, lightweight, and durable high-performance materials over thepast two decades.[1] In particular, carbon nanostructures such as fullerenes, carbon nanotubes (CNTs), graphene, and carbon fibers are famous.Furthermore, such materials might offer solutions to the challenges associated with the on-going depletion of nonrenewable energy resources or climate change, and they may promote further breakthroughs in the field of microelectronics.Here, we present an extensive review of carbon nanomaterials in electronic, optoelectronic, photovoltaic, and sensing devices with a particular focus on the latest examples based on the highest purity samples. Specific attention is devoted to each class of carbon nanomaterial,thereby allowing comparative analysis of the suitability of fullerenes, carbon nanotubes, and graphene for each application area. In this manner, this article will provide guidance to future application developers and also articulate the remaining research challenges confronting this field.Key words carbon nanomaterials development trend new research results microelectronics引言：碳元素是生命的骨架, 是人类最早接触并利用的元素之一碳元素的最大特点之一是存在众多的同素异形体, 如金刚石、石墨、富勒烯、碳纳米管、石墨烯、卡拜等。
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碳纳米笼是一种由碳层卷曲形成的笼状结构的纳米碳材料[1-3]。
通过控制制备条件可以实现碳纳米笼石墨化程度、比表面积、孔径分布等结构信息的调节。
碳纳米笼特有的笼状结构有利于电解质离子的传输，同时可以避免二维石墨烯之间的堆叠，另外碳纳米笼具有的高导电性使其成为电极材料和催化剂载体的理想选择。
近年来，科研工作者在碳纳米笼的制备和应用领域做了大量工作，不同结构的碳纳米笼在超级电容器、锂离子电池、锂硫电池和电催化等领域得到了广泛的应用[4]。
本文综述了近年来碳纳米笼常用的制备方法以及在能源等领域的应用研究进展。
1 碳纳米笼的制备目前制备碳纳米笼常用的方法主要包括金属还原法和模板法。
在以上方法中通过改变实验条件，可以实现碳纳米笼结构的调控。
1.1 金属还原法常用的金属还原法是在二氧化碳等碳源中把金属镁、钙、锂等活泼金属进行燃烧，燃烧后形成的氧化镁等呈现立方结构，而被活泼金属还原形成的碳则沉积在金属氧化物表面，去除立方体的模板后，则得到碳纳米笼。
Chakrabarti在二氧化碳中燃烧镁粉，得到尺寸在50~100 nm，由3至7层石墨烯片层构成的碳纳米笼[3]。
直接燃烧法难以实现对实验条件的控制，因而无法实现碳纳米笼尺寸和形貌的调控，Fan将金属镁和碳酸钙混合后在惰性气氛下进行高温处理，在特定的温度下碳酸钙分解形成的二氧化碳被金属镁还原形成碳纳米笼，碳纳米笼由4~10层石墨烯构成[5]。
除了二氧化碳以外，也可以利用其他有机物做碳源，在高温作用下利用活泼金属的强还原性，实现碳纳米笼的制备。
Dyjak采用草酸为碳源，通过控制反应过程中的压力实现对碳纳米笼结构的调控，在真空环境下制备得到尺寸均一的碳纳米笼，比表面积高达984m2/g[6]。
1.2 模板法氧化镁是具有立方结构的纳米颗粒，以氧化镁为模板，采用固相混合或化学气相沉积的方法可以制备得到立方结构的碳纳米笼。
胡征课题组采用碱式碳酸镁为氧化镁模板的原料，利用苯进行化学气相沉积得到不同尺寸的碳纳米笼。
研究发现随着反应温度的提高，碳纳米笼的尺寸增大，笼壁增厚且比表面积下降，其中670℃制备的碳纳米笼比表面积高达2053m2/g[2]。
朱鸿宇采用氧化镁为模板，乙醇进行化学气相沉积得到具有规则外形、中空笼状结构的碳材料，显示出较高的比表面积[7]。
氯化钾具有类似氧化镁的立方结构，以氯化钾为模板可以得到立方笼状碳材料。
陆轻铱课题组采用氯化钾为模板，十六烷基胺为碳源，氯化钴为石墨化催化剂，将反应物经球磨混合后高温下进行碳化制备得到了立方结构的碳纳米笼[8]。
该方法相比化学气相沉积法更为简单，成本更低。
2 碳纳米笼的应用2.1 在超级电容器中的应用碳纳米笼具有高的比表面积、优异的导电性以及具有大孔的分级孔结构，可以实现大量电荷的存储和电解质离子的快速传输，是一种理想的超级电容器电极材料。
doi：10.3969/j.issn.1004-275X.2018.06.029碳纳米笼的制备及其应用研究进展姜 靓1，王 静2（1.济宁医学院 生物纳米技术与医学工程研究所，山东 济宁 276067；2.济宁学院 物理与信息工程系，山东 曲阜 273100）摘 要：碳纳米笼是一种笼状结构的碳纳米材料，具有高的比表面积，分级分布的孔结构和优异的导电性。
碳纳米笼的以上优点使其在电化学储能和电催化领域得到了广泛的应用。
综述了近年来碳纳米笼的制备方法及其在电化学领域的应用研究进展。
关键词：碳材料；电催化；超级电容器；锂离子电池中图分类号：TQ127.1+1 文献标识码：A 文章编号：1004-275X（2018）06-068-03Research Progress of Preparation and Application of Carbon NanocagesJiang Liang1，Wang Jing2（1.Bio-Nano & Medical Engineering Institute，Jining Medical University，Jining，272067；2.Physics and Information Engineering Department，Jining University，Qufu，273155，China）Abstract：The carbon nanocage is a cage-like carbon nanomaterial with a high specific surface area，a hierarchically distributed porous structure，and excellent electrical conductivity.The above advantages of carbon nanocage make it widely used in the field of electrochemical energy storage and electrocatalysis.This article reviews the preparation methods of carbon nanocages in recent years and their applications in the field of electrochemistry.Key words：carbon materials；electrocatalysis；supercapacitor；lithium ion battery胡征课题组采用氧化镁模板法制备得到的碳纳米笼作为超级电容器电极材料，高的介孔率以及规则的结构使该电极材料表现出高的比电容值和优异的倍率性能[2]。
针对原位模板法制备的碳纳米笼疏水性强，比表面积利用率低的问题，采用吡啶为碳源制备得到氮掺杂的碳纳米笼，在不改变碳纳米笼形貌的前提下引入碳氮极性键，提高了碳纳米笼表面对电解液的浸润性。
氮掺杂的碳纳米笼单位面积比电容值显著提高，质量比电容达到313 F/g，同时展示了高的功率密度和循环稳定性[9]。
采用金属还原法可以制备得到高度石墨化的碳纳米笼，这种石墨化碳纳米笼具有优异的导电性，本课题组采用金属镁还原二氧化碳制备得到石墨化的碳纳米笼，然后用硝酸氧化使碳纳米笼表面产生含氧官能团，该硝酸氧化的碳纳米笼相比未处理的碳纳米笼具有更高的比电容值和优异的倍率性能[10]。
2.2 在锂离子电池和锂硫电池中的应用石墨化的碳材料具有导电性好，价格低廉等优点成为锂离子电池中常用的负极材料，但是石墨材料存在比容量低，倍率性能差等缺点。
而石墨化的纳米碳材料具有高的比表面积和短的离子传输路径，表现出较高的比容量和倍率性能。
吕之阳等采用氮掺杂的碳纳米笼作为锂离子电池负极材料展现出高的比容量、高的倍率性能和优异的循环稳定性[11]。
磷酸铁锂作为一种常用的锂离子电池正极材料在动力电池领域具有广泛的应用，但是，磷酸铁锂存在导电率低，离子扩散系数小等缺点，而用碳材料对磷酸铁锂进行包裹制备碳和磷酸铁锂的复合电极材料可以提高电极的导电性和离子传输性能。
冯瑞利用高比表面积碳纳米笼为载体，实现了磷酸铁锂粒子在碳纳米笼表面的均匀分布。
将复合电极材料用在锂离子电池中显示出高的化学稳定性和倍率性能[12]。
锂硫电池由于具有高的理论容量和低的成本成为一种有巨大发展潜力的二次电池，但是锂硫电池存在的硫导电性差，易膨胀，锂硫化合物易溶解于电解液等问题成为阻碍其发展的重要因素。
Lyu采用碳纳米笼为载体，将硫限制在纳米笼内，提高了电极整体的导电性，抑制了硫的膨胀和锂硫化合物的溶解。
使锂硫电池展现出更高的容量和循环稳定性[13]。
2.3 在电催化反应中的应用氮掺杂的碳材料由于其富电子性而具有优异的氧还原活性，可以作为燃料电池、金属空气电池的氧还原反应催化剂。
陈盛等以吡啶为碳前驱体，采用原位模板法制备得到不含过渡金属杂质的高比表面积氮掺杂碳纳米笼，这种氮掺杂碳纳米笼表现出比氮掺杂碳纳米管更高的氧还原活性，良好的抗甲醇渗透和一氧化碳中毒的能力，以及好的循环稳定性，是一种优异的无金属碳催化剂[14]。
碳纳米笼高的比表面积和优异的导电性使其成为电催化剂的理想载体，蒋湘芬等采用分级结构的氮掺杂碳纳米笼为载体实现了铂催化剂在载体表面的均匀分散，表现出高的电化学活性和甲醇电催化氧化活性[15]。
张强等采用金属还原法制备的石墨化碳纳米笼为载体，将钯纳米粒子均匀分布在碳纳米笼表面，由于碳纳米笼高的比表面积和优异的导电性，使其表现出比氧化石墨烯更好的乙醇氧化能力，是一种良好的乙醇氧化电催化剂载体[16]。
3 结语碳纳米笼由于高的比表面积、优异的导电性和可调的孔结构而被广泛应用于超级电容器、二次电池、电催化等各个领域，取得了较好的效果。
目前，碳纳米笼的研究领域还存在一些问题。
首先，碳纳米笼的制备过程中的生长机理仍有待系统研究，以实现碳纳米笼结构的精确调控。
此外，碳纳米笼的应用研究仍有待进一步拓展，目前碳纳米笼主要应用在超级电容器和二次电池领域，另有少部分关于催化反应的研究。
将来需要进一步拓展其应用范围，研究其在环境科学和生物医学等领域的应用。
参考文献：[1] Y.Saito,T.Matsumoto.Carbon nano-cages created as cubes.Nature1998,392(6673):237-237.[2] K.Xie,X.T.Qin,X.Z.Wang,et al.Carbon Nanocages asSupercapacitor Electrode Materials.Advanced Materials,2012,24(3):347-+.[3] A.Chakrabarti,J.Lu,J.C.Skrabutenas,et al.Conversion of carbondioxide to few-layer graphene.Journal of Materials Chemist ry,2011,21(26):9491-9493.[4] Q.Wu,L.Yang,X.Wang,et al.From Carbon-Based Nanotubesto Nanocages for Advanced Energy Conversion and Storage.Accounts of Chemical Research,2017,50(2):435-444.[5] J.G.Zhao,Y.Guo,Z.P.Li,et al.An approach for synthesizingg r a p h e n e w i t h c a l c i u m c a r b o n a t e a n d m a g n e s i u mCarbon,2012,50(13):4939-4944.[6] S.Dyjak,W.Kicinski,M.Norek,et al.Hierarchical,nanoporousgraphenic carbon materials through an instant,self-sustaining magnesiothermic reduction Carbon,2016,96:937-946.[7] 朱鸿宇,杨汉培,孙慧华,等.一种规整单壁碳纳米笼的合成与改性及其对水体结晶紫分子的吸附性能[J].无机化学学报,2018,34(3):445-453.[8] H.F.Ma,H.Jiang,Y.Jin,et al.Carbon nanocages@ultrathin carbonnanosheets:One-step facile synthesis and application as anode material for lithium-ion batteries Carbon,2016,105:586-592. [9] J.Zhao,i,Z.Y.Lyu,et al.Hydrophilic Hierarchical Nitrogen-Doped Carbon Nanocages for Ultrahigh Supercapacitive Performance.Advanced Materials,2015,27(23):3541-5.[10] L.Jiang,J.Wang,X.Y.Mao,et al.High rate performance carbonnano-cages with oxygen-containing functional groups as supercapacitor electrode materials.Carbon,2017,111:207-214. [11] 吕之阳,冯瑞,赵进,等.高倍率锂离子电池负极材料:氮掺杂碳纳米笼[J].化学学报,2015,73(10):1013-1017.[12] 冯瑞,王立伟,吕之阳,等.高性能LiFePO4/碳纳米笼锂离子电池正极材料[J].化学学报,2014,72(6):653-657.（下转第139页）时间/h黏度/m P a ·s图2 3种新型聚合物与原油混合后破乳效果2 驱油效果实验2.1 实验条件及方法模拟地层条件下原油，40℃下黏度为10.2mPa·s，实验岩心为地层钻探取样岩心，直径9.8cm，长度10cm，已测得4组标准岩心渗透率，分别为625md、689mD、712mD 和657mD，变异系数为0.58。