多级孔石墨烯材料及其制备方法和应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115966706A(43)申请公布日2023.04.14(21)申请号202111172225.1(22)申请日2021.10.08(71)申请人中国石油化工股份有限公司地址100728北京市朝阳区朝阳门北大街22号申请人中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院(72)发明人谢婧新荣峻峰宗明生于鹏吴耿煌(74)专利代理机构北京润平知识产权代理有限公司11283专利代理师刘国平顾映芬(51)Int.Cl.H01M4/86(2006.01)H01M4/96(2006.01)权利要求书2页说明书13页附图6页(54)发明名称多级孔石墨烯材料及其制备方法和应用(57)摘要本发明涉及新型纳米碳材料技术领域，公开了一种多级孔石墨烯材料及其制备方法和应用，所述石墨烯材料的孔径分布曲线中同时具有微孔分布峰和介孔分布峰，且所述石墨烯材料的电阻率低于1100mΩ·cm，具有较低的电阻率，导电性能良好。该石墨烯材料的孔隙结构同时含有微孔和介孔，多级孔隙结构以及多级孔协同作用，使其应用于燃料电池催化剂载体和/或燃料电池催化剂中时，表现出良好的催化活性。此外，该石墨烯材料的制备方法简单高效，可在常温常压下将过渡金属盐、碱金属的盐和/或碱以及碳源直接混合制备前驱体材料，无需使用高温高压反应釜自组装，也无需使用大量有机溶剂，整个过程中只损耗碳源，金属原子可以循环利用，制备成本低。CN115966706ACN115966706A权利要求书1/2页1.一种多级孔石墨烯材料，所述石墨烯材料的孔径分布曲线中同时具有微孔分布峰和介孔分布峰，且所述石墨烯材料的电阻率低于1100mΩ·cm。2.根据权利要求1所述的多级孔石墨烯材料，其中，所述石墨烯材料的孔径分布曲线中，在2‑50nm处存在至少一个介孔分布峰，优选在2.3‑4nm和3.5‑40nm处存在两个介孔分布峰；和/或所述石墨烯材料的孔径分布曲线中，在0.4‑1nm处存在至少一个微孔分布峰；和/或所述石墨烯材料的孔径分布曲线中，在0.4‑0.6nm和0.5‑0.8nm处存在两个微孔分布峰。3.根据权利要求1所述的多级孔石墨烯材料，其中，所述石墨烯材料的电阻率为50‑1000mΩ·cm，优选为60‑600mΩ·cm。4.根据权利要求1‑3中任意一项所述的多级孔石墨烯材料，其中，所述石墨烯材料的直径为2‑100nm，优选为5‑50nm；和/或所述石墨烯材料的比表面积为100‑1500m2/g，优选为300‑1500m2/g，微孔面积为2‑1000m2/g，优选为100‑800m2/g，总孔体积为0.3‑1.5cm3/g，优选为0.4‑1.2cm3/g。5.根据权利要求1‑4中任意一项所述的多级孔石墨烯材料，其中，由X射线光电子能谱测得所述石墨烯材料的碳元素的摩尔含量为90‑98％，优选为91‑97％；和/或，由X射线光电子能谱测得所述石墨烯材料的氧元素的摩尔含量为2‑10％，优选为3‑8％；和/或所述石墨烯材料的X射线光电子能谱中，由对应于CO基团的谱峰确定的氧元素的含量与由对应于基团的谱峰确定的氧元素的含量的摩尔比值为0.6‑5：1，优选为0.8‑3：1；和/或所述石墨烯材料的拉曼曲线中，ID/IG的范围为0.1‑1.2，优选为0.17‑1。6.一种多级孔石墨烯材料的制备方法，该方法包括如下步骤：(1)提供含有过渡金属盐、含有碱金属的盐和/或碱以及碳源的溶液，然后干燥得到前驱体材料；(2)在惰性气氛或还原气氛下，将步骤(1)得到的前驱体材料进行热解，得到热解产物；(3)对所述热解产物进行酸洗，然后进行固液分离并干燥。7.根据权利要求6所述的制备方法，其中，步骤(1)中，所述过渡金属为Ⅷ族金属，优选为铁、钴、镍和铜中的至少一种，更优选为镍；和/或所述过渡金属盐为过渡金属的有机酸盐、碳酸盐和碱式碳酸盐中的一种或多种，优选为过渡金属的有机羧酸盐；和/或所述碱金属选自Li、Na和K中的至少一种；和/或所述含有碱金属的盐和/或碱选自氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钾、碳酸钠、碳酸氢钾、碳酸氢钠、硫酸钾和硫酸钠中的至少一种，更优选为氢氧化钾、碳酸钾和碳酸钠中的至少一种；和/或所述碳源选自有机多元酸，优选为柠檬酸、顺丁烯二酸、均苯二甲酸、对苯二甲酸、乙二胺四乙酸、尿素、2,5‑吡啶二羧酸、氨基酸和苹果酸中的至少一种，更优选为柠檬酸、对苯二甲酸和乙二胺四乙酸中的至少一种；和/或，所述碳源、含有碱金属的盐和/或碱以及过渡金属盐的质量比为0.1‑10：0.5‑5：2CN115966706A权利要求书2/2页1，优选为0.5‑5：1‑3：1，更优选为0.8‑3：1‑3：1；和/或所述溶液中的溶剂为水和/或乙醇，优选为水。8.根据权利要求6所述的制备方法，其中，步骤(2)中，所述热