[發(fā)明專利]網絡狀氮摻雜石墨烯納米微片的制備方法

在審

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• 申請日: 2017-07-01
• 公開（公告）號: CN107331843A
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發(fā)明（設計）人: 閻興斌;楊兵軍;陳江濤;程斌斌
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/054
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司62002
• 代理人: 周瑞華

技術領域

本發(fā)明涉及一種網絡狀氮摻雜石墨烯納米微片的制備方法。

背景技術

石墨烯材料是一種具有獨特的二維蜂窩狀結構的單原子層材料，具有優(yōu)異的電學、熱學和力學性能，可被廣泛應用于能源、環(huán)境和生物等領域，進一步通過摻雜異原子(如N、S、P等)可進一步擴展石墨烯的應用。但是由于石墨烯片層很容易團聚形成孔隙率較低的二維結構材料，為了進一步發(fā)揮石墨烯基材料的潛能，三維網絡氮摻雜石墨烯受到越來越多的關注。(Cao, et al. small., 2011, 7, 3163；Hu, et al. Adv. Mater., 2013, 25, 2219)。三維氮摻雜石墨烯除了具有石墨烯本身的物化性質外還有許多其它優(yōu)異的性質，如1、其獨特的三維分級結構，具有支撐和緩解內部應力的作用，可用于鋰離子電池、鈉離子電池、鉀離子電池等領域，能有效緩解負極材料在充放電過程中的體積膨脹和收縮；2、內部網絡高度連通，利于導熱和導電，可用于導熱材料、燃料電池和太陽能電池等領域。

目前，三維網絡氮摻雜石墨烯的制備方法主要有以下幾種：1、自上而下法(Cong, et al. ACS Nano., 2012, 6, 2693；Tang, et al. J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 9262；CN201410452932.X；CN201410808700.3等)，此方法一般從氧化石墨烯出發(fā)并且在制備過程中需要加入含氮交聯(lián)劑等，在高溫高壓反應釜里面進行交聯(lián)反應，得到該方法成本較高，且不易規(guī)模制備，限制了其進一步實際應用；2、模板法(Cheng，et al. Nat. Mater., 2011, 10, 424；Cao. et al. Small., 2013, 9, 1703.；CN201410808700.3；CN201410808700.3；CN201410803300.3等)，利用硬模板如銅、鎳、鈷等或者其氧化物為模板，利用含氮碳源，生成三維網絡氮摻雜石墨烯，三維網絡材料具有三維網絡獨特的形貌特征和石墨烯獨特的物理化學性質，后期需要對模板進行刻蝕，從經濟和環(huán)境方面限制了其大規(guī)模商業(yè)化的應用。因此，目前很難大規(guī)模制備廉價高性能的網絡狀氮摻雜石墨烯納米微片。

發(fā)明內容

針對上述現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明的目的是提出一種網絡狀氮摻雜石墨烯納米微片的制備方法。

本發(fā)明通過乙二胺四乙酸堿金屬有機鹽高溫梯度煅燒制備網絡狀氮摻雜石墨烯納米微片。

一種網絡狀氮摻雜石墨烯納米微片的制備方法，其特征在于該方法將乙二胺四乙酸堿金屬有機鹽置于煅燒爐中，在空氣氣氛或者惰性氣氛下，以1-10℃/min的升溫速度升溫至300-500℃，保溫0.5-2h后，繼續(xù)升溫至600-1200℃，升溫速度1-10℃/min，保溫時間為1-3 h，冷卻后，粉碎，用蒸餾水洗滌除去多余的鹽，烘干得到網絡狀氮摻雜石墨烯納米微片。

本發(fā)明所述的乙二胺四乙酸堿金屬有機鹽選自乙二胺四乙酸四鈉、乙二胺四乙酸二鈉、乙二胺四乙酸二鉀以及乙二胺四乙酸三鉀中的一種。

本發(fā)明所述的惰性氣氛指的是氬氣氣氛或氮氣氣氛。

本發(fā)明原料廉價易得，設備要求簡單、環(huán)境友好、產品質量穩(wěn)定，其中采用乙二胺四乙酸堿金屬有機鹽作為原料，將其直接在氣氛條件下梯度煅燒，通過簡單的粉碎洗滌，除去多余的鹽，烘干樣品即可得網絡狀氮摻雜石墨烯納米片。

網絡狀氮摻雜石墨烯納米微片具有網絡互穿結構，每個網格的直徑為幾百納米到幾微米，微片的厚度為十幾個納米。

制備的網絡狀氮摻雜石墨烯納米微片具有良好的鈉/鉀離子電池負極，具有優(yōu)異的循環(huán)和倍率性能。

本發(fā)明與其他網絡狀石墨烯納米片制備方法相比，具有以下優(yōu)點：

1、本方法原料廉價易得，制備所用原料均為乙二胺四乙酸堿金屬有機鹽，產地廣泛且價格低廉；

2、本方法設備要求簡單，本方法不涉及額外的模板和碳源，無需高真空設備，設備要求簡單；

3、本方法環(huán)境相對友好，不涉及酸堿和易燃氣體，產生廢水中所含大部分為無機鹽類，易于回收，環(huán)境污染小；

4、所制備網絡狀石墨烯納米微片具有優(yōu)異的儲鈉/鉀性能，同時可廣泛用于儲能，光催化，高分子填料等領域。

附圖說明

圖1為實施例1中所制備網絡狀氮摻雜石墨烯納米微片SEM照片。

圖2為實施例3中所制備網絡狀氮摻雜石墨烯納米微片SEM照片。

圖3為實施例5中所制備網絡狀氮摻雜石墨烯納米微片SEM照片。