[發明專利]一種三維石墨烯—碳納米管網絡結構及其制備方法

在審

• 申請號: 201810779538.5
• 申請日: 2018-07-16
• 公開（公告）號: CN110723724A
• 公開（公告）日: 2020-01-24
• 發明（設計）人: 馮奕鈺;高龍;封偉;張飛;呂峰
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184;C01B32/168
• 代理公司: 12214 天津創智天誠知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 王秀奎

1.一種三維石墨烯—碳納米管網絡結構，其特征在于，按照下述步驟進行制備：

步驟1，將碳納米管海綿體浸漬于聚酰胺酸的二甲基乙酰胺溶液中，再使用叔丁醇進行溶劑置換去除二甲基乙酰胺后進行冷凍干燥處理，之后在300—400攝氏度下進行熱亞胺化處理，得到聚酰亞胺包覆碳納米管海綿體的結構，其中：聚酰胺酸的二甲基乙酰胺溶液為等摩爾比的對苯二胺和聯苯四甲酸二酐在二甲基乙酰胺反應得到，反應條件為冰浴、惰性保護氣體氛圍；將含氯的苯環結構作為碳源、無水乙醇和二茂鐵混合分散均勻，以此混合溶液進行生長碳納米管海綿體，將其注射于真空管式爐中，以惰性保護氣體為氛圍，勻速升溫至800—900℃，進行碳納米管海綿體的生長；

步驟2，將步驟1得到的聚酰亞胺包覆碳納米管海綿體的結構進行碳化處理，再進行石墨化處理，以得到三維石墨烯—碳納米管復合網絡材料，其中炭化處理選擇在惰性保護氣體氛圍下，自室溫20—25攝氏度以每分鐘1—10攝氏度的升溫速度升溫至900—1200℃進行碳化處理；碳化處理后的樣品繼續在惰性保護氣體氛圍下，在2500～2800℃的高溫下進行石墨化處理。

2.根據權利要求1所述的一種三維石墨烯—碳納米管網絡結構，其特征在于，在步驟1中，浸漬采用真空浸漬，時間為0.5～3h，優選1—3小時；進行熱亞胺化處理的時間為1—5小時，優選1—3小時，進行熱亞胺化處理的溫度為320—360攝氏度。

3.根據權利要求1所述的一種三維石墨烯—碳納米管網絡結構，其特征在于，在步驟1中，等摩爾比的對苯二胺和聯苯四甲酸二酐在二甲基乙酰胺中反應時間為1—10小時，優選5—8小時。

4.根據權利要求1所述的一種三維石墨烯—碳納米管網絡結構，其特征在于，在步驟1中，含氯的苯環結構為氯苯、二氯苯、三氯苯，或者等質量的二氯苯和三氯苯；二茂鐵濃度為0.02～0.06g/ml，二茂鐵濃度為0.02～0.06g/ml，碳源和無水乙醇的質量體積比為(0.5—5)：50，優選(1—5)：50；混合溶液的注射速度為10～25ml/h；自室溫20—25攝氏度以每分鐘1—10攝氏度的升溫速度進行勻速升溫至800—900℃，進行碳納米管海綿體的生長1—10小時，優選6—10h。

5.根據權利要求1所述的一種三維石墨烯—碳納米管網絡結構，其特征在于，在步驟2中，碳化處理時間為1—5小時，優選1—3小時，碳化處理溫度為1000—1200攝氏度；石墨化處理溫度為2600～2800℃，石墨化處理時間為1—5小時，優選1—3小時。

6.一種三維石墨烯—碳納米管網絡結構的制備方法，其特征在于，按照下述步驟進行：步驟1，將碳納米管海綿體浸漬于聚酰胺酸的二甲基乙酰胺溶液中，再使用叔丁醇進行溶劑置換去除二甲基乙酰胺后進行冷凍干燥處理，之后在300—400攝氏度下進行熱亞胺化處理，得到聚酰亞胺包覆碳納米管海綿體的結構，其中：聚酰胺酸的二甲基乙酰胺溶液為等摩爾比的對苯二胺和聯苯四甲酸二酐在二甲基乙酰胺反應得到，反應條件為冰浴、惰性保護氣體氛圍；將含氯的苯環結構作為碳源、無水乙醇和二茂鐵混合分散均勻，以此混合溶液進行生長碳納米管海綿體，將其注射于真空管式爐中，以惰性保護氣體為氛圍，勻速升溫至800—900℃，進行碳納米管海綿體的生長；

步驟2，將步驟1得到的聚酰亞胺包覆碳納米管海綿體的結構進行碳化處理，再進行石墨化處理，以得到三維石墨烯—碳納米管復合網絡材料，其中炭化處理選擇在惰性保護氣體氛圍下，自室溫20—25攝氏度以每分鐘1—10攝氏度的升溫速度升溫至900—1200℃進行碳化處理；碳化處理后的樣品繼續在惰性保護氣體氛圍下，在2500～2800℃的高溫下進行石墨化處理。

7.根據權利要求6所述的一種三維石墨烯—碳納米管網絡結構的制備方法，其特征在于，在步驟1中，浸漬采用真空浸漬，時間為0.5～3h，優選1—3小時；進行熱亞胺化處理的時間為1—5小時，優選1—3小時，進行熱亞胺化處理的溫度為320—360攝氏度。