葡萄糖水热法制备纳米碳球

葡萄糖水热碳化制备表面分子印迹基质材料多孔碳微球赵慧君1,2，杨永珍1,3，刘旭光1,2，许并社1,3（1. 太原理工大学新材料界面科学与工程教育部重点实验室，太原030024；2. 太原理工大学化学化工学院，太原030024；3.太原理工大学新材料工程技术研究中心，太原030024）摘 要：以葡萄糖晶体为原料，采用低温水热法和退火处理制得多孔碳微球。

利用扫描电子显微镜、红外光谱仪、X-射线衍射仪、热重分析仪和孔径分析仪对所制备的碳微球进行表征。

结果表明：通过调节低温水热反应中反应物浓度、反应时间、反应温度等参数，在葡萄糖溶液浓度0.3 mol/L、温度180 ℃、时间14 h时，得到粒径尺寸均一、表面光滑、形貌规整并且具有一定溶剂分散性的碳微球；退火后碳微球的尺寸均匀介于100~700 nm之间，孔径集中分布在1.2~1.8 nm之间，比表面积为502.6 m2/g，表面具有羟基、羰基、羧基等含氧官能团。

此多孔碳微球有望在表面分子印迹聚合物的制备过程中省去表面氧化的步骤，提高进一步接枝的反应活性，解决在表面分子印迹过程中修饰过程复杂的问题。

关键词：材料物理与化学；水热；葡萄糖；多孔碳微球；分子印迹中图分类号：TB 332文献标志码：A 文章编号：2095－2783(2012)12－0898－6Preparation of surface molecularly imprinted matrix materials porous carbon microspheres from glucose by hydrothermal carbonization methodZhao Huijun1,2，Y ang Y ongzhen1,3，Liu Xuguang 1,2，Xu Bingshe1,3(1. Key Laboratory of Interface Science and Engineering in Advanced Materials of Ministry of Education, T aiyuan University of T echnology, T aiyuan 030024, China; 2. College of Chemistry and Chemical Engineering, T aiyuan University of T echnology, T aiyuan 030024, China;3. Research Center on Advanced Materials Science and T echnology, T aiyuan University of T echnolog, T aiyuan 030024, China) Abstract: Porous carbon microspheres (PCMSs) have been prepared by hydrothermal method at low temperatures after the annealingwith glucose crystal as raw materials in the reaction vessel. The samples were characterized by electron microscopy, infrared spectroscopy, X-ray diffraction, thermogravimetry and pore size analysis. The results showed that PCMSs, with uniform size, smooth surface, regular morphology and solvent dispersion, were prepared at optimum conditions of 0.3 mol/L glucose, 14 h and 180℃. The annealed PCMSs with a specific surface area of 502.6 m2/g and sizes ranging from 100–700 nm, had pore sizes concentrated at 1.2–1.8 nm and several oxygen-containing functional groups including hydroxyl, carbonyl and carboxyl groups on their surfaces. As-obtained PCMSs will eliminate the surface activation and improve the grafting reactivity in order to solve the complexity of modification in the process of preparing molecularly imprinted surface materials.Key words: material physics and chemistry；hydrothermal；glucose；porous carbon microspheres；molecular imprinting表面分子印迹技术是把具有识别位点的印迹层结合在基质表面的印迹方法，这种方法合成的分子印迹材料的形状由基质材料决定[1]。

一种葡萄糖衍生碳纳米球电化学传感器及其制备方法和应用应用一《检测果汁中葡萄糖含量》嘿，你知道吗？平常咱们喝的那些果汁，味道甜甜的，这里面可藏着不少葡萄糖呢。

咱这个葡萄糖衍生碳纳米球电化学传感器啊，在检测果汁中葡萄糖含量这事儿上，那可真是派上了大用场。

就说有一回，家里买了几大瓶不同牌子的果汁。

我心血来潮，就想着能不能用咱这神奇的传感器测测它们里面的葡萄糖含量。

我先把传感器小心翼翼地准备好，就像一个精密的小战士等待着任务。

然后，我拿起一瓶橙汁，把它倒出一点儿放到一个干净的小容器里。

那橙汁的颜色就跟小太阳似的，透着一股诱人的果香。

接着，我把传感器慢慢放进橙汁里。

这时候可紧张了，眼睛紧紧盯着传感器显示的数据，心里琢磨着到底会是个啥结果。

只见传感器就像个聪明的小侦探，开始和橙汁里的葡萄糖“聊天”，不一会儿，准确的数据就出来啦。

这一瓶橙汁里的葡萄糖含量还算挺高的，怪不得喝起来那么甜呢。

然后我又测了其他牌子的果汁。

有一瓶苹果汁，看着也是甜甜的，可检测出来葡萄糖含量比橙汁略低一点。

还有一瓶混合果汁，里面成分比较杂，我心想这下没准得把传感器弄晕了。

可没想到，咱这小传感器依然稳稳当当，很快就给出了精准的数据。

通过这次检测，我知道了不同果汁里葡萄糖含量还真不一样。

想想以后买果汁的时候，说不定还能靠这个传感器帮忙选选，挑到葡萄糖含量合适、口感又好的果汁，那得多美啊。

咱这个葡萄糖衍生碳纳米球电化学传感器，在检测果汁葡萄糖含量这件事儿上，就像一个贴心的小助手，给我们带来了不少乐趣和方便。

应用二《监测糖尿病患者血糖》糖尿病患者最头疼的事儿之一就是时刻得关注自己的血糖。

咱这个葡萄糖衍生碳纳米球电化学传感器啊，在这方面也能大显身手。

我有个邻居大爷，就是糖尿病患者。

以前他测血糖那可麻烦了，得去医院或者用那种传统的血糖仪，有时候忘带了或者不方便检测的时候，心里就老是不踏实。

后来听说了咱这传感器，就抱着试试看的心态用了用。

有一次，大爷吃完午饭，像往常一样担心自己的血糖会不会升高。

《纳米材料与纳米技术》论文水热碳化法制备碳纳米材料摘要：水热碳化法是一种重要的碳纳米材料的制备方法，本文综述了近年来以糖类和淀粉等有机物为原料，采用水热碳化法制备各种形貌可控碳纳米材料的研究现状，并提出了该方法研究中存在的问题以及今后可能的发展方向。

关键词：水热碳化法、碳纳米材料、碳微球、碳空心球、核壳结构复合材料1 引言形态可控的碳纳米材料由于独特的结构和性能而受到研究者的普遍关注[1]，常见的制备方法有化学气相沉积法(CVD)[2]、乳液法[3]和水热碳化法[4]等。

水热碳化法是指在水热反应釜中，以有机糖类或者碳水化合物为原料，水为反应介质，在一定温度及压力下，经过一系列复杂反应生成碳材料的过程[5]。

图1为水热碳化法所制备的各种形貌的碳材料。

与其他制备方法相比，采用水热碳化法所制备的纳米碳材料具有显微结构可调、优良的使用性能、产物粒径小而均匀等特点。

本文综述了水热碳化法制备形态可控碳纳米材料的最新研究进展，概括了工艺因素对碳纳米材料合成过程的影响，最后提出了水热法合成碳纳米材料今后可能的研究方向。

图 1 水热碳化法制备各种形貌碳材料的示意图2 水热碳化法制备碳微球碳微球由于具有大的比表面积、高的堆积密度以及良好的稳定性等，被应用于锂离子电池[6]、催化剂载体[7]、化学模板[8]、高强度碳材料[9]等方面，拥有广阔的应用前景。

Yuan等[10]以蔗糖为碳源，先采用水热碳化法合成碳微球，再使用熔融的氢氧化钾溶液对合成产物进行活化处理，制得粒径为100-150nm的碳微球。

研究表明活化后碳微球的石墨化程度有很大提高，且表现出良好的电化学性能。

其比容量达到382F/g，单位面积电容达到19.2μF/cm2，单位体积容量达到383F/cm。

Liu等[11]以琼脂糖为原料，采用水热碳化制备出粒径范围为100～1400nm的碳微球，研究结果表明碳微球的粒径随琼脂糖的浓度的增加而增大，且所制备的碳微球的表面富含大量的含氧官能团，这些官能团可以很好地吸附金属离子或者其它有机物等，因此该材料在生物化学、药物传输以及催化剂载体等方面具有很好的应用前景。

生物质源制备碳微/纳米球孙远芳（材料科学与工程学院，陕西师范大学，西安，710100）摘要开发和设计纳米材料的“绿色化”合成路线，对工程应用和环境保护都具有重要的意义。

本文以生物质葡萄糖和木糖为原料、水为溶剂，在环境友好的密闭低温水热反应体系中，分别合成了碳纳米和碳微米球。

通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射仪（XRD）、傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）、比表面积自动吸附仪等测试手段，对碳材料样品的形貌、结构、组成进行了表征。

又用生化试剂木糖，用微波法制备得到了形貌较好、均匀、规整度高的碳微米球。

关键词：水热法绿色化学碳纳米球微波法碳微米球第一章碳材料综述1.1碳材料在整个自然界中，碳是含量非常丰富，也是分布最为普遍的元素之一, 其丰度居第六位。

碳材料是一种古老而又新颖的材料,它的物化性质广泛,从最软到最硬;从绝缘体到良导体;从绝热体到良导热体;从吸光到透光等,几乎涵盖了自然界所有物质的性质。

因此,碳也具有广泛的用途,从古老的木炭到近代的人造石墨、活性炭再到现代的碳纤维和锂离子二次电池材料等,涉及众多领域,数不胜数,已与人类的生产生活息息相关。

这些碳材料如今也在各个领域支撑着人们现有的生活。

在众多不同形貌和结构的碳材料中，纳米和微米级的碳球结构由于其自身优越的特性表现出了巨大的应用前景。

1.2球型碳材料1.2.1 球形碳材料的发展自从富勒烯、纳米碳管材料被发现以来，在世界范围内便开展了对碳素材料的全面研究。

因而具有独特结构的碳材料已经引起了广泛的关注.球形碳材料的发现是在 1961[1]年，科学家在研究焦炭的形成过程中发现沥青类化合物在热处理过程中会发生中间相转变，生成中间相小球。

这是人类第一次发现球形碳材料。

19世纪60年代-21世纪以来，碳材料迈入了新型碳制品的发展时代,其中1960一1980年主要用有机物碳化方法制备碳材料, 以碳纤维、热解石墨的发明为代表; 1980年以后则主要以合成的手法制备新型碳材料,以气相合成金刚石薄膜为代表。

生物质源制备碳微/纳米球孙远芳（材料科学与工程学院，陕西师范大学，西安，710100）摘要开发和设计纳米材料的“绿色化”合成路线，对工程应用和环境保护都具有重要的意义。

本文以生物质葡萄糖和木糖为原料、水为溶剂，在环境友好的密闭低温水热反应体系中，分别合成了碳纳米和碳微米球。

通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射仪（XRD）、傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）、比表面积自动吸附仪等测试手段，对碳材料样品的形貌、结构、组成进行了表征。

又用生化试剂木糖，用微波法制备得到了形貌较好、均匀、规整度高的碳微米球。

关键词：水热法绿色化学碳纳米球微波法碳微米球第一章碳材料综述1.1碳材料在整个自然界中，碳是含量非常丰富，也是分布最为普遍的元素之一, 其丰度居第六位。

碳材料是一种古老而又新颖的材料,它的物化性质广泛,从最软到最硬;从绝缘体到良导体;从绝热体到良导热体;从吸光到透光等,几乎涵盖了自然界所有物质的性质。

因此,碳也具有广泛的用途,从古老的木炭到近代的人造石墨、活性炭再到现代的碳纤维和锂离子二次电池材料等,涉及众多领域,数不胜数,已与人类的生产生活息息相关。

这些碳材料如今也在各个领域支撑着人们现有的生活。

在众多不同形貌和结构的碳材料中，纳米和微米级的碳球结构由于其自身优越的特性表现出了巨大的应用前景。

1.2球型碳材料1.2.1 球形碳材料的发展自从富勒烯、纳米碳管材料被发现以来，在世界范围内便开展了对碳素材料的全面研究。

因而具有独特结构的碳材料已经引起了广泛的关注.球形碳材料的发现是在 1961[1]年，科学家在研究焦炭的形成过程中发现沥青类化合物在热处理过程中会发生中间相转变，生成中间相小球。

这是人类第一次发现球形碳材料。

19世纪60年代-21世纪以来，碳材料迈入了新型碳制品的发展时代,其中1960一1980年主要用有机物碳化方法制备碳材料, 以碳纤维、热解石墨的发明为代表; 1980年以后则主要以合成的手法制备新型碳材料,以气相合成金刚石薄膜为代表。

葡萄糖水热法制备纳米碳球
1 目的要求
（1）熟悉葡萄糖水热法制备纳米碳球的方法，熟练掌握高温高压反应釜的组装与应用。

（2）熟悉并理解水热法的基本原理、特性，熟练使用反应釜，关注反应釜使用的注意事项。

2 实验原理
碳微球材料由于其具有高密度、高强度、高比表面积以及在锂离子电池方面的应用前景，已经引起许多研究人员的兴趣。

碳微球的形状和大小显著影响着其电学性能。

葡萄糖在水热条件下会发生许多化学反应，实验结果表明：碳微球的增长似乎符合LaMer模型（见图1），当0.5 molL-1的葡萄糖溶液在低于140︒C或反应时间小于1h时不会形成碳球，在此条件下反应后溶液呈橙色或红色并且粘度增强，表明有芳香族化合物和低聚糖形成，这是反应的聚合步骤。

当反应条件为0.5molL-1、160︒C、3h时开始出现成核现象，这个碳化步骤可能是由于低聚糖之间分子间脱水而引起的交联反应，或者在先前步骤中有其它大分子的形成，然后形成的核在溶液中各向同性生长所致。

从现有的研究结果表明，制备过程中的反应条件如葡萄糖的起始浓度、反应温度和反应时间直接影响碳球的粒径分布，其中反应时间对颗粒粒径影响很大，随着反应时间的延长，这些纳米碳球粒径从150nm（最初核的大小，实验所得到的最小的尺寸）生长到1500nm。

由葡萄糖水热法制备纳米碳球具有绿色环保无污染的特点，实验过程中没有引入任何引发剂以及有毒溶剂，制备得到的碳球粒径均匀，大小可控，同时表面含有大量活性官能团，具有优良的亲水性和表面反应活性，可应用于生物化学、生物诊断以及药物传输领域，也可以作为制备核壳结构材料或者多孔材料的模板等等，具有令人欣喜的应用前景。

1。

碳微球的水热法制备及电化学性能的研究摘要在众多形式各异、功能独特的碳材料中 , 碳微球以其结构形貌规整、导热系 数高、耐热性能良好、 物理与化学性能稳定等优越性 , 引起研究人员的广泛关注 , 在电磁学、生物、物理、化学化工、材料学等多个领域具有巨大的应用价值。

因 此,碳微球的制备与研究工作具有重要意义。

在众多的制备方法中 , 水热法具有原 料价廉易得、成本投入低、生产能耗少、工艺绿色环保、 设备简单易操作等优点 , 成为近年来制备碳微球的研究热点。

本文主要研究了利用水热法制备碳微球材料并测试其在锂离子电池应用中的 电化学性能。

关键词： 碳微球，水热法，锂离子电池，电化学性能1.1.1碳微球的发现碳微球是由石墨片层在玻璃相的石墨结构间断分布而构成 ,最初是在 20 世纪 60 年代被发现的。

科学家在研究煤焦化的过程中偶然发现在镜煤质中生成了少 量光学各向异性的小球 ,该球长大融合最终生成镶嵌结构 ,即为中间相碳微球的前 驱体。

如图 1-1 所示的 Taylor 模型 ,小球内部由多个聚合芳香环的平滑大分子垒 积而成。

与图中的平行弧线保持一致 , 球体内部各层片沿赤道平面取向排列。

1973年,Honda 和Yamada 通过对筋青'进行分离从而首次制得微米级的中间相小 球。

由于沥青类物质和稠环芳烃化合物在高温热处理条件下发生热缩聚反应导致 中间相的转变 ,从而生成中间相小球。

该小球彼此之间通过长大、相互熔融 ,最终第一章1.1 碳微球材料及其电化学文献综述相容合体,称之为中间相碳微球(mesocarbonmicrobeads, MCMB)。

c-axismcsophasesphere图1」中间相碳微球结构的Taylor模型问Fig.l-L Schematic diagram showing the Taylor arrangement of a jnesusphtre早期制备碳微球的原料以中间相沥青为主。