[發明專利]一種三維結構石墨烯/碳納米管雜化碳材料的制備方法

有效

• 申請號: 201611225498.7
• 申請日: 2016-12-27
• 公開（公告）號: CN106629668B
• 公開（公告）日: 2018-10-19
• 發明（設計）人: 梁濟元;閆繼;曹元成;湯舜
• 申請（專利權）人: 江漢大學
• 主分類號: C01B32/162
• 分類號: C01B32/162;C01B32/184
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 俞鴻

1.一種三維結構石墨烯/碳納米管雜化碳材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：先將二價金屬鹽、碳源前體、沉淀劑充分溶解于水中，取得混合液；再將混合液進行水熱反應，取得懸濁液；接著將懸濁液依次進行離心、洗滌、干燥處理，取得干燥后的粉末狀前驅體；然后將前驅體與氰胺化合物混合研磨后進行碳化處理，取得黑色粉末；最后將黑色粉末經過酸洗處理，得到三維結構石墨烯/碳納米管雜化碳材料；

其中，所述二價金屬鹽、碳源前體、沉淀劑的添加量按摩爾之比為二價金屬鹽：碳源前體：沉淀劑＝1：2-5：3-5；

所述二價金屬鹽為鎳鹽、亞鐵鹽或者鈷鹽；其中，所述鎳鹽選自氯化鎳、硫酸鎳、硝酸鎳、醋酸鎳中的一種或者多種；所述鈷鹽選自硝酸鈷、氯化鈷、醋酸鈷的一種或者多種；所述亞鐵鹽選自氯化亞鐵或硫酸亞鐵。

2.根據權利要求1所述的三維結構石墨烯/碳納米管雜化碳材料的制備方法，其特征在于，所述水熱反應的具體步驟為：將混合液置入水熱反應釜中在溫度為150-200℃的條件下反應10-48h。

3.根據權利要求1所述的三維結構石墨烯/碳納米管雜化碳材料的制備方法，其特征在于，所述碳化處理的具體步驟為：將前驅體與氰胺化合物混合研磨后放入管式爐，在惰性氣氛下，以2-5℃/min從室溫升溫至700-1000℃，并保持1-6h，自然冷卻至室溫，得到黑色粉末。

4.根據權利要求1或3所述的三維結構石墨烯/碳納米管雜化碳材料的制備方法，其特征在于，所述前驅體與氰胺化合物的添加量按質量之比為前驅體：氰胺化合物＝1：3-7。

5.根據權利要求1或3所述的三維結構石墨烯/碳納米管雜化碳材料的制備方法，其特征在于，所述氰胺化合物選自雙氰胺或三聚氰胺。

6.根據權利要求1所述的三維結構石墨烯/碳納米管雜化碳材料的制備方法，其特征在于，所述酸洗處理的具體步驟為：將黑色粉末放入摩爾濃度為3-10mol/L的鹽酸溶液中，在溫度為60-100℃的條件下攪拌反應24-48h，之后冷卻至室溫，再經過離心處理，并用蒸餾水洗滌至溶液的pH＝6.8-7.2，最后將離心得到沉淀物放入溫度為60-80℃的烘箱中干燥10-24h，即得到三維結構石墨烯/碳納米管雜化碳材料。

7.根據權利要求1或2所述的三維結構石墨烯/碳納米管雜化碳材料的制備方法，其特征在于，所述碳源前體選自間苯二酚、對苯二酚、氨基葡萄糖、葡萄糖、蔗糖、果糖中的一種或者多種；所述沉淀劑選自尿素、氫氧化鉀、氫氧化鈉、六次甲基四胺、氯化銨中的一種。

8.根據權利要求1所述的三維結構石墨烯/碳納米管雜化碳材料的制備方法，其特征在于，具體包括如下步驟：

1)反應物的溶解：

先將二價金屬鹽、碳源前體、沉淀劑按摩爾之比為二價金屬鹽：碳源前體：沉淀劑＝1：2-5：3-5充分溶解于水中，取得混合液；

其中，所述二價金屬鹽為鎳鹽、亞鐵鹽或者鈷鹽；所述鎳鹽選自氯化鎳、硫酸鎳、硝酸鎳、醋酸鎳中的一種或者多種；所述鈷鹽選自硝酸鈷、氯化鈷、醋酸鈷的一種或者多種；所述亞鐵鹽選自氯化亞鐵或硫酸亞鐵；所述碳源前體選自間苯二酚、對苯二酚、氨基葡萄糖、葡萄糖、蔗糖、果糖中的一種或者多種；所述沉淀劑選自尿素、氫氧化鉀、氫氧化鈉、六次甲基四胺、氯化銨中的一種；

2)水熱反應：

將混合液置入水熱反應釜中在溫度為150-200℃的條件下反應10-48h，取懸濁液依次進行離心、洗滌、干燥處理，取得干燥后的粉末狀前驅體；

3)碳化處理：

將前驅體與氰胺化合物按質量之比為前驅體：氰胺化合物＝1：3-7混合研磨后放入管式爐，在惰性氣氛下，以2-5℃/min從室溫升溫至700-1000℃，并保持1-6h，自然冷卻至室溫，得到黑色粉末；

4)酸洗處理：

將黑色粉末放入摩爾濃度為3-10mol/L的鹽酸溶液中，在溫度為60-100℃的條件下攪拌反應24-48h，之后冷卻至室溫，再經過離心處理，并用蒸餾水洗滌至溶液的pH＝6.8-7.2，最后將離心得到沉淀物放入溫度為60-80℃的烘箱中干燥10-24h，即得到三維結構石墨烯/碳納米管雜化碳材料。