[發(fā)明專利]一種氮硫共摻雜多孔石墨烯及其制備方法和應(yīng)用在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 201910318113.9 | 申請日： | 2019-04-19 |
| 公開（公告）號： | CN109911889A | 公開（公告）日： | 2019-06-21 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 黃劍鋒;席喬;李嘉胤;曹麗云;王彩薇;白明月;王羽偲嘉;何樞薇 | 申請（專利權(quán)）人： | 陜西科技大學(xué) |
| 主分類號： | C01B32/184 | 分類號： | C01B32/184 |
| 代理公司： | 西安眾和至成知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61249 | 代理人： | 強宏超 |
| 地址： | 710021*** | 國省代碼： | 陜西;61 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 多孔石墨 共摻雜 氮硫 制備 制備方法和應(yīng)用 鋰硫電池 異原子 可控 位點 負極活性材料 鈉離子電池 鋰離子電池 活性位點 制備過程 摻雜量 孔分布 孔結(jié)構(gòu) 硫載體 介孔 吸附 無毒 摻雜 應(yīng)用 安全 | ||
本發(fā)明公開一種氮硫共摻雜多孔石墨烯及其制備方法和應(yīng)用，制備方法簡單可控，安全無毒，制備過程中異原子摻雜量和介孔的數(shù)量可控，異原子和孔分布提供了儲鋰和儲鈉的活位點；制備的氮硫共摻雜多孔石墨烯用來儲鋰和儲鈉。另外摻雜位點和孔結(jié)構(gòu)也是吸附硫的活性位點，可作為鋰硫電池中載硫的載體。所制備的氮硫共摻雜多孔石墨烯，可應(yīng)用于鋰離子電池和鈉離子電池負極活性材料或者鋰硫電池載硫載體等領(lǐng)域。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于碳納米材料領(lǐng)域，涉及一種摻雜石墨烯和多孔石墨烯相結(jié)合的碳納米材料，具體涉及一種氮硫共摻雜多孔石墨烯及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)
石墨烯是一種有著完美導(dǎo)電性的二維材料，在過去十多年里，石墨烯一直在改變著眾多科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的景觀，特別是凝聚態(tài)物理、能量儲存和轉(zhuǎn)換以及生物醫(yī)學(xué)研究等領(lǐng)域。目前關(guān)于繼續(xù)探索石墨烯和石墨烯衍生物潛在能力的研究仍是學(xué)術(shù)界的熱點話題。然而缺乏固有的帶隙和催化能力似乎極大地限制了石墨烯的實際應(yīng)用，但由于其結(jié)構(gòu)的可變形性和高度可調(diào)性，這種2D材料的傳奇將持續(xù)發(fā)展。
另外，異原子摻雜能夠有效的打開石墨烯的帶隙，使得物理化學(xué)和電學(xué)性能得到明顯的改善，提高其作為儲能材料的應(yīng)用價值。但是研究表明摻雜量有限，在摻雜石墨烯上造孔是一種新的打破摻雜石墨烯儲能瓶頸的策略。在現(xiàn)有的研究中，采用一種溫和的方法在石墨烯上同時實現(xiàn)摻雜和造孔的研究還少之又少。
發(fā)明內(nèi)容
為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明目的是提供一種氮硫共摻雜多孔石墨烯及其制備方法和應(yīng)用，該方法安全無毒，成本低廉，操作簡便，并且摻雜量和孔分布可控。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
一種氮硫共摻雜多孔石墨烯的制備方法，包括以下步驟：
(1)將氧化石墨烯、三聚氰胺、三聚硫氰酸以及過渡金屬硝酸鹽依次分散于乙醇和去離子水的混合溶液中，攪拌反應(yīng)充分；所述氧化石墨烯、三聚氰胺、三聚硫氰酸、過渡金屬硝酸鹽的質(zhì)量比為1：(1.2～10)：(1～15):(10～30)；所述中乙醇和去離子水的體積比為1:(1～8)；
然后將攪拌產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到水熱釜中進行水熱反應(yīng)；所述水熱反應(yīng)的時間為8-48h，水熱溫度為80～200℃；
(2)水熱反應(yīng)結(jié)束的樣品用去離子水抽濾洗滌數(shù)次，然后干燥，將干燥的樣品置于惰性氣體保護的管式爐中進行煅燒處理；
所述煅燒過程中，升溫速率為10～30℃/min，保溫溫度為400～1000℃，保溫時間為0～4h；
(3)用稀鹽酸刻蝕掉熱處理產(chǎn)物中的過渡金屬物質(zhì)，然后抽濾洗滌產(chǎn)物并干燥，即得到氮硫共摻雜多孔石墨烯。
進一步，所述步驟1)攪拌反應(yīng)的時間為0.1～2h，攪拌溫度為50～140℃。
進一步，所述步驟1)中過渡金屬硝酸鹽為六水合硝酸鎳、六水合硝酸鈷和九水合硝酸鐵中的一種或多種。
進一步，所述步驟1)中水熱反應(yīng)的填充比為40％～85％。
進一步，所述步驟2)中的熱處理，所述煅燒過程中，保護氣體的流速為0-500sccm。
進一步，所述步驟3)中稀鹽酸刻蝕時采用0.5～5M的稀鹽酸，刻蝕1-5天。
進一步，氮硫共摻雜多孔石墨烯中氮原子摻雜量為2at％～10at％，硫原子摻雜量為0.2at％～3at％，介孔孔體積為0.025-0.09cm3/g。
一種氮硫共摻雜多孔石墨烯作為鋰電池負極活性材料、鈉電池負極活性材料或者鋰硫電池載硫載體的應(yīng)用。
發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：
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