[發明專利]采用固相裂解技術制備石墨烯/碳納米管復合材料的方法

在審

• 申請號: 201510329003.4
• 申請日: 2015-06-15
• 公開（公告）號: CN104952631A
• 公開（公告）日: 2015-09-30
• 發明（設計）人: 薛衛東;趙睿
• 申請（專利權）人: 四川環碳科技有限公司
• 主分類號: H01G11/32
• 分類號: H01G11/32;H01G11/36;H01G11/44;H01G11/86
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產權代理有限公司 51230
• 代理人: 楊保剛;晏輝

技術領域

本發明屬于高新材料制備領域，具體涉及一種采用固相裂解技術一步制備石墨烯/碳納米管復合材料的方法。

背景技術

碳納米管(CNT)和石墨烯(Graphene)分別在?1991?年和?2004?年被人們所發現,?而且從它們被發現的那天起就一直備受矚目。碳納米管是一種具有特殊結構的一維量子材料,?它的徑向尺寸可達到納米級,?軸向尺寸為微米級,?管的兩端一般都封口,?因此它有很大的強度,?同時巨大的長徑比有望使其制作成韌性極好的碳纖維。石墨烯是一種由碳原子以?sp²雜化軌道組成的六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,?只有一個碳原子厚度的二維碳材料。零維富勒烯、一維碳納米管、二維石墨烯共同組成了骨干的碳納米材料家族,?并且它們之間可以在形式上轉化。

石墨烯和碳納米管在電學和力學等方面有著相似的性質,?但由于結構不同,?它們也有很多不同之處。碳納米管和石墨烯分別是優良的一維和二維碳材料,?它們分別體現出了一維的和二維的各向異性,?如導電性、力學性能和導熱性等。為了結合兩者的優點,?人們將石墨烯和碳納米管共同用于復合材料。石墨烯和碳納米管復合材料形成三維網狀結構,?通過它們之間的協同效應,?使其表現出比任意一種單一材料更加優異的性能，例如更好的各向同性導熱性、各向同性導電性、三維空間微孔網絡等特性。基于以上性質,?使得石墨烯/碳納米管復合材料在超級電容器、太陽能電池、顯示器、生物檢測、燃料電池等方面有著良好的應用前景。此外,?摻雜一些改性劑的石墨烯/碳納米管復合材料也受到人們的廣泛關注。石墨烯/碳納米管復合材料越來越多的被人們所應用,?也使得石墨烯/碳納米管復合材料的制備和應用得到更加廣泛的關注。

現今制備石墨烯/碳納米管復合材料的方法主要有：化學氣相沉積、逐層沉積法、電泳沉積、真空抽濾法、涂制成膜法、原位化學還原法等，但是這些方法都普遍存在設備成本高，工藝路線復雜，能耗大效率低等不利于工業化規模化生產的問題，因此，需要開發一種采用新型原料的、方法簡單易行、對設備無特殊要求、成本低、效率高、零污染、零排放、易推廣使用、解決現有石墨烯/碳納米管復合材料制備技術中存在的成本高、效率低、質量差等問題的方法。

發明內容

本發明目的是提供一種采用固相裂解技術一步制備石墨烯/碳納米管復合材料的方法，解決現有石墨烯/碳納米管復合材料制備技術中存在的成本高、效率低、質量差的問題。

本發明的技術方案為：一種采用固相裂解技術一步制備石墨烯/碳納米管復合材料的方法,其制備方法為：

在氣氛爐中，在保護氣體氛圍下，以酞菁鎳為起始原料，采用逐步升溫方法升溫至裂解自催化溫度，一步裂解得到最終的石墨烯/碳納米管復合材料。

進一步地，保護氣體可為氮氣、氬氣、氬氣/氫氣混合氣、氬氣/氨氣混合氣、氮氣/氫氣混合氣或氮氣/氨氣混合氣之一。

進一步地，混合氣體積比0.1:9.9～1:9；流速控制在10～50?cm³·min^-1之間。

進一步地，裂解自催化溫度在700度以上。

優選地，裂解自催化溫度為800～1000度。

進一步地，裂解時間為4～24小時。

采用逐步升溫方法升溫至裂解自催化溫度進行裂解的方法分為：以5度每分鐘升溫至300度，300度穩定1小時；以5度每分鐘升溫至350度，350度穩定1小時；以5度每分鐘升溫至400度，400度穩定1小時；以3度每分鐘升溫至500度，500度穩定4小時；以2度每分鐘升溫至700～1000度，在700～1000度穩定4～8小時，最后自然降至室溫。

上述步驟中的酞菁鎳可使用現有的任何方法合成，也可以采用以下方法合成酞菁鎳：

以重量計，稱取鄰苯二甲酸酐8.4份，尿素13.5份，氯化鎳0.5-1.6份，鉬酸銨0.75份，混合均勻后用微波進行加熱，反應完成后加20%氫氧化鈉溶液，堿煮至沸騰，抽濾，加濃硫酸洗滌，再用蒸餾水洗滌到中性，干燥得到酞菁鎳。

本發明與現有技術相比具有如下優點：

本發明技術特點：

1.?以酞菁鎳化合物及其衍生物作為唯一起始原料，一步固相裂解得到氮雜石墨烯/碳納米管復合材料；

2.?裂解溫度低，節約能耗；

3.?采用惰性氣體保護，可在非氫氣氛環境中裂解得到最終材料，安全性高；

4.原料化合物分子骨架氮原子經高溫裂解后留在最終石墨烯/碳納米管復合材料骨架，成為更好的導電材料。