一种氮氧共掺杂三维纳米多孔石墨烯的制备方法.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CN107416807A(43)申请公布日2017.12.01(21)申请号201710751422.6(22)申请日2017.08.28(71)申请人天津大学地址300350天津市津南区海河教育园雅观路135号天津大学北洋园校区(72)发明人李家俊王丽萍赵乃勤秦凯强刘恩佐师春生马丽颖何春年何芳(74)专利代理机构天津市北洋有限责任专利代理事务所12201代理人程毓英(51)Int.Cl.C01B32/186(2017.01)权利要求书1页说明书4页附图5页(54)发明名称一种氮氧共掺杂三维纳米多孔石墨烯的制备方法(57)摘要本发明涉及一种氮氧共掺杂三维纳米多孔石墨烯的制备方法，包括以下步骤：制备合金箔片；制备纳米多孔镍；制备氮氧共掺杂的三维纳米多孔石墨烯：在氩气、氢气、乙炔气氛下将管式炉炉温升温至150-300℃，将纳米多孔镍箔片置于管式炉中央进行氢化石墨的生长，反应30分钟之后，关掉乙炔、氢气，并通入氨气，移走纳米多孔镍箔片，在氨气、氩气的混合气氛中将炉温升至700-900℃后将纳米多孔镍箔片快速移至反应管高温恒温区煅烧；之后将纳米多孔镍腐蚀掉得到氮掺杂三维纳米多孔石墨烯材料，清洗后浓硝酸中酸化。CN107416807ACN107416807A权利要求书1/1页1.一种氮氧共掺杂三维纳米多孔石墨烯的制备方法，包括以下步骤：1)制备合金箔片首先，按照Ni与Mn的原子数百分比之和为100％，其中Ni为30％，Mn为70％，制备合金箔片。2)制备纳米多孔镍将第一步制得的合金箔片，置于1M硫酸铵溶液中于50℃下利用化学自有腐蚀法进行去合金化处理，制备得到三维连续贯通结构纳米多孔镍箔片。3)制备氮氧共掺杂的三维纳米多孔石墨烯将第二步得到纳米多孔镍箔片置于石英方舟中，并将石英方舟置于石英管的冷温区，通入氩气、氢气、乙炔进行混气5分钟之后，将混气系统压力调节为100Torr，并将管式炉炉温升温至150-300℃，当炉温升至指定温度后将石英方舟拖入管式炉中央进行氢化石墨的生长，乙炔、氩气和氢气的比例按1-50:200-500:50-200的流量配置，反应30分钟之后，关掉乙炔、氢气，并通入氨气，氨气流量为5-50sccm，并将石英方舟快速从管式炉中央恒温区移至冷温区，并在氨气、氩气的混合气氛中将炉温升至700-900℃；待管式炉温度升至指定温度时，将石英方舟快速移至反应管高温恒温区，在此温度下煅烧1-3min，煅烧完毕之后，将石英方舟快速移至冷温区，并将炉盖打开，在氩气保护气中将样品降至室温；将样品从管式炉中取出，并浸入3M盐酸溶液中15小时，将纳米多孔镍腐蚀掉得到氮掺杂三维纳米多孔石墨烯材料，随后，将氮掺杂三维纳米多孔石墨烯材料用去离子水清洗干净之后置于浓硝酸中酸化4h，酸化完成之后，用去离子水反复清洗之后再用无水乙醇反复清洗并干燥得到自支撑氮氧共掺杂的三维纳米多孔石墨烯材料。2CN107416807A说明书1/4页一种氮氧共掺杂三维纳米多孔石墨烯的制备方法技术领域[0001]本发明属于纳米材料的制备技术及应用领域，具体涉及一种三维纳米多孔石墨烯的制备方法及其在碳基超电容领域的应用。背景技术[0002]随着社会的快速进步与小型化电子器件的蓬勃发展，小型化储能器件的发展越来越重要。超级电容器作为一种新型的储能器件，具有功率密度高、充放电速率快、使用寿命长等特点，在许多实用领域都有广泛的应用。而具有高功率密度、高能量密度的微型超电容的发展更是刻不容缓，而组成超级电容器的电极材料是决定超级电容器性能的决定因素，因此，如何合理设计及利用具有优异性能的电极材料具有非常重要的作用。[0003]纳米多孔金属是近年发展起来的一种新型的纳米多孔材料体系，由纳米尺度的金属孔壁及孔隙所组成并具有金属体相材料基本的属性。纳米多孔镍具有纳米多孔金属的共性，同时，纳米多孔镍具有较小的金属孔壁和孔隙(5-10nm)，并具有优异的催化活性，在储能领域得到了研究者的广泛重视。[0004]石墨烯作为由碳原子紧密堆积的单原子层二维材料，具有优异的导电导热性、强韧性、光学性质、稳定性等特点，得到了各个领域研究者们的巨大重视。但因石墨烯片层之间具有相互作用力而易相互堆积，不能充分发挥其高比表面积及优异导电性等优势，从而限制了其在而超电容储能领域的应用。因此，将二维(2D)石墨烯组装成具有特定三维(3D)结构的石墨烯，使其具有优异的电子传输特性和较高的比表面积等特性，进而制备性能优异的功能器件对于拓展石墨烯的宏观应用具有重要意义。但是，由文献报道可知，大多数研究得到的3D石墨烯的孔径较大，导致单位体积内电极活性物质量较低，从而使得体积比容不能有效发挥，限制了其在小型化储能领域的应用。[0005]同时，有研究