氮掺杂多孔石墨烯的制备方法及其应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107827103A(43)申请公布日2018.03.23(21)申请号201711281693.6(22)申请日2017.12.07(71)申请人太原理工大学地址030024山西省太原市迎泽西大街79号(72)发明人曹海亮赵敏郭俊杰彭星(74)专利代理机构太原科卫专利事务所(普通合伙)14100代理人朱源(51)Int.Cl.C01B32/194(2017.01)H01M4/583(2010.01)H01G11/32(2013.01)权利要求书1页说明书4页附图6页(54)发明名称氮掺杂多孔石墨烯的制备方法及其应用(57)摘要本发明公开了一种氮掺杂多孔石墨烯的制备方法及其应用。氮掺杂多孔石墨烯的制备方法包括：将石墨烯和/或改性石墨烯与蚀刻剂混合，得到混合物；将混合物与含氮化合物置于密闭容器中，在50~200℃条件下保温30分钟，放入微波炉反应数秒，并进行酸处理得到氮掺杂多孔石墨烯；所述蚀刻剂为金属化合物。与现有技术相比，操作设备简单，生产成本较低，最重要的是在制备多孔石墨烯的过程中同时实现了对其进行氮掺杂，而且采用微波加热法极大缩短了反应时间。由于氮掺杂多孔石墨烯的优异性能，其可应用于超级电容器的电极材料以及用于锂离子电池负极材料。CN107827103ACN107827103A权利要求书1/1页1.一种氮掺杂多孔石墨烯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：将石墨烯和/或改性石墨烯与蚀刻剂在水溶液中混合均匀，干燥后与含氮化合物置于密闭容器中，在50~200℃条件下保温30分钟；步骤二：将步骤一中的密闭容器放入微波炉反应数秒，反应结束后进行酸处理得到氮掺杂多孔石墨烯。2.根据权利要求1所述的氮掺杂多孔石墨烯的制备方法，其特征在于：所述蚀刻剂为金属氧酸盐、金属硝酸盐、金属乙酸盐和金属氧化物中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的氮掺杂多孔石墨烯的制备方法，其特征在于：所述含氮化合物为氨气、二氧化氮、尿素、碳酸铵、碳酸氢铵和三聚氰胺中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的氮掺杂多孔石墨烯的制备方法，其特征在于：所述改性石墨烯为氧化石墨烯或氟化石墨烯。5.根据权利要求1所述的氮掺杂多孔石墨烯的制备方法，其特征在于：所述微波反应时间为1～100s，所述微波功率为200～1000W。6.根据权利要求2所述的氮掺杂多孔石墨烯的制备方法，其特征在于：所述金属氧酸盐为钼酸钠、钨酸钠、钼酸钾、铝酸钠、辛酸钠、辛酸钾、钛酸钠、钛酸钾、镍酸钠、镍酸钾中的一种或多种；所述金属硝酸盐为铁、钴、镍、铝、铜、锌、银和铬中的一种或多种金属硝酸盐；所述金属乙酸盐为钴、镍、铝、铜、锌、银和铬中的一种或多种金属乙酸盐；所述金属氧化物为铁、钴、镍、铝、铜、锌、钒和铬中的一种或多种金属氧化物。7.根据权利要求1所述的氮掺杂多孔石墨烯的制备方法，其特征在于：所述石墨烯和/或改性石墨烯与蚀刻剂的质量比为1:20～20:1。8.根据权利要求1所述的氮掺杂多孔石墨烯的制备方法，其特征在于：所述石墨烯和/或改性石墨烯与含氮化合物的质量比为1:10～30:1。9.根据权利要求1所述的氮掺杂多孔石墨烯的制备方法，其特征在于：所述酸液为盐酸、硫酸和硝酸中的一种或多种。10.权利要求1-9所述的氮掺杂多孔石墨烯，在电催化、燃料电池催化剂、超级电容器或锂离子电池方面的应用。2CN107827103A说明书1/4页氮掺杂多孔石墨烯的制备方法及其应用技术领域[0001]本发明涉及新型纳米碳材料技术领域，具体为一种氮掺杂多孔石墨烯的制备方法及其应用，可以应用于纳米器件、超级电容器、锂离子电池等领域。背景技术[0002]石墨烯作为一种新型的二维纳米碳材料，具有巨大的理论比表面积和超高的导电、导热性能，是目前所知的最薄、强度最大的材料。石墨烯由于具有一系列优异的物理化学特性，在纳米器件、超级电容器、锂离子电池等领域有着巨大的潜在应用价值，一经发现便备受科学家的广泛关注，成为近年来的研究热点。[0003]为了提高石墨烯的性能，可以通过对其进行杂原子掺杂改变其能带结构，同时可以扩展其应用范围。例如：氮掺杂石墨烯作为超级电容器的电极材料，表现出了高的比容量、优异的倍率性能和循环稳定性。而多孔石墨烯材料不仅具有石墨烯本身的优异特性，同时石墨烯的片层表面具有独特的纳米孔洞结构，使得多孔石墨烯在作为能源、催化或吸附材料时，充分发挥了其二维结构的优势。因此，氮掺杂石墨烯和多孔石墨烯已经成为众多学科研究者的关注焦点。而氮掺杂多孔石墨烯兼具多孔石墨烯和氮掺杂石墨烯两者的优势，具有重要的研究价值和广泛的应用前景目前制备多孔石墨烯的方法是采用氢氧化钾对石墨烯在高温下进行化学活化；而制备氮掺杂石墨烯主要是通过在氨气气氛下对石墨烯进行高温