[發明專利]一種N和S雙摻雜石墨烯/碳納米管氣凝膠的制備方法

有效

• 申請號: 201810841339.2
• 申請日: 2018-07-27
• 公開（公告）號: CN108831757B
• 公開（公告）日: 2019-09-13
• 發明（設計）人: 鄭玉嬰;周珺
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/30;H01G11/36;H01G11/38;H01G11/86;C01B32/184;C01B32/168
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊;甘垚

本發明公開了一種N和S雙摻雜石墨烯/碳納米管氣凝膠的制備方法，屬于電極材料制備技術領域。首先將羧酸化碳納米管和氧化石墨烯混合后，加入去離子水，超聲均勻后得到混合液；往混合液中加入吡咯和噻吩，進行一次水熱反應，得到水凝膠；將得到的水凝膠放入2M的KNO₃溶液中，進行二次水熱反應，冷卻至室溫后，再經過濾、洗滌和冷凍干燥；將冷凍干燥后所得產物在氬氣氣氛中熱裂解，制得所述N和S雙摻雜石墨烯/碳納米管氣凝膠。本發明在石墨烯氣凝膠中N和S，其中N和S的雙摻雜可以進一步增強碳材料的反應性和導電性，相比于單一的N或S摻雜材料，通過引入更多的活性位點，從而提高其電化學性能，有望應用于超級電容器的電極材料中。

技術領域

本發明屬于電極材料制備技術領域，具體涉及一種N和S雙摻雜石墨烯/碳納米管氣凝膠的制備方法。

背景技術

在所有碳材料中，如碳納米管、納米纖維、多孔碳、空心納米球、碳膠囊、石墨烯納米片、石墨烯納米帶及其復合材料，石墨烯由于其非凡的電子和機械性能而優于其他碳材料。雖然石墨烯在超級電容器中已經取得了相當大的進展，但性能仍然差強人意。這是因為石墨烯層之間的強范德華力和π-π疊層相互作用使得它們容易聚集形成石墨狀結構，從而導致有效比表面積的損失，降低其比電容。因此，為了充分利用石墨烯的電化學性能，必須有效抑制其自堆疊問題。

石墨烯氣凝膠代表著一類新型的整體性碳質材料，其發達的孔隙、超低的密度以

及優異的導電特性賦予了石墨烯氣凝膠在能源、環保以及催化等領域廣闊的應用前景，是近年來的研究熱點。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術不足，提供一種N和S雙摻雜石墨烯/碳納米管氣凝膠的制備方法。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種N和S雙摻雜石墨烯/碳納米管氣凝膠的制備方法，具體包括以下步驟：

（1）羧酸化碳納米管的制備；

（2）氧化石墨烯的制備；

（3）將步驟（1）制得的羧酸化碳納米管和步驟（2）制得的氧化石墨烯混合后，加入去離子水，超聲均勻后得到濃度為2mg/mL的混合液；

（4）往步驟（3）得到的混合液中加入吡咯和噻吩，進行一次水熱反應，反應溫度為160~180℃，反應時間為4~6h，得到水凝膠；

（5）將步驟（4）得到的水凝膠放入2M的KNO₃溶液中，進行二次水熱反應，反應溫度為120~140℃，反應時間為2~3h，冷卻至室溫后，再經過濾、洗滌和冷凍干燥；

（6）將步驟（5）冷凍干燥后所得產物在氬氣氣氛中于1050~1100℃下熱裂解2h，制得所述N和S雙摻雜石墨烯/碳納米管氣凝膠。

步驟（1）所述的羧酸化碳納米管的制備方法為：將1 g 多壁碳納米管（MWCNTs）加入到80 mL濃HNO₃中，隨后在120℃油浴鍋中冷凝回流12 h，將所得黑色混合物反復洗滌抽濾至pH=7取濾渣。

步驟（2）所述的氧化石墨烯的制備方法為：將石墨與濃硫酸/濃磷酸體系均勻混合后，緩慢加入高錳酸鉀，均勻攪拌0.5h后，在50℃水浴中攪拌12h，緩慢加入去離子水，并保持溫度低于100℃，逐滴加入5wt%的雙氧水，當混合液變成金黃色時，加入鹽酸洗滌，反應5分鐘后，用去離子水洗滌至中性，并用BaCl₂檢測有無SO₄^2-殘留，隨后冷凍干燥24h制得氧化石墨粉末；將制得的氧化石墨粉末加入到去離子水中，超聲1h，然后于2000r/min的轉速下離心10min，去除下層沉淀物，取上層液，將上層液于0℃下冷凍12h后，置于冷凍干燥機中進行冷凍干燥36h，即制得所述氧化石墨烯。