[發明專利]一種負載金屬的氮摻雜褶皺石墨烯的制備方法及應用

在審

• 申請號: 202010029824.7
• 申請日: 2020-01-13
• 公開（公告）號: CN111072018A
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 毛武濤;倪萍;張子祥;張少杰;丁一鳴;馬超;李茂龍;鮑克燕
• 申請（專利權）人: 江蘇理工學院
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184;B01J27/24;B01J35/10;C07C51/15;C07C57/24;C07C209/34;C07C211/46
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 杭行

本發明公開了一種負載金屬的氮摻雜褶皺石墨烯的制備方法及應用，是以氧化石墨烯、乙二胺封端的聚乙烯胺和對應的金屬鹽為原料，首先將氧化石墨烯分散到一定的溶劑中形成溶液A，配制一定濃度的乙二胺封端的聚乙烯胺溶液并在該溶液中加入一定量的金屬鹽形成溶液B，然后將A、B兩種溶液混合攪拌，在水熱反應釜中進行水熱反應，待冷卻后收集固體，經洗滌、干燥即可制得終產品。實驗過程簡單，可操作性強，利于工業化推廣；制備的負載金屬的氮摻雜褶皺石墨烯具有大的比表面積，大量的褶皺，豐富的孔隙，且結構保持性好，氮元素摻雜均勻，負載金屬均勻，極大的改變石墨烯的催化和電化學性能，拓寬了石墨烯在催化和儲能領域中的應用。

技術領域

本發明涉及納米材料技術領域，具體涉及一種負載金屬的氮摻雜褶皺石墨烯的制備方法及應用。

背景技術

碳材料因存在形式眾多而成為了世界上應用最為廣泛的材料，石墨烯作為碳材料的一種，因其具有超高的導電性、高的機械強度，巨大的比表面積和較好的化學穩定性而被認為是單原子分散催化劑的理想載體。石墨烯是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料，由于具有原子級別的厚度，石墨烯表現出獨特的電子結構，進而表現出奇特的宏觀物理化學特性。

但是，單純的石墨烯由于范德華力和π-π堆積作用會出現團聚甚至重新堆疊，這將嚴重影響石墨烯的應用。而在石墨烯表面形成褶皺形態，即在不同的石墨烯原子層間或同一層的不同位置處利用化學鍵或分子鏈鍵合在一起形成褶皺可有效抑制石墨烯的堆垛和團聚，且褶皺石墨烯表現出更加優異的導電性能。

簡單的石墨烯由于不含有極性原子，而不能為吸附和催化過程提供有效的活性位點，雜原子如N、S等摻雜的石墨烯則顯著的改變了石墨烯的電子分布，并影響石墨烯的導電、電磁、光學等性能，可增強石墨烯對特定小分子的吸附作用；如能進一步地在氮摻雜的褶皺石墨烯中負載金屬原子，則又可通過納米金屬顆粒或金屬原子簇的電子傳遞、絡合作用，極大的改變石墨烯的催化和電化學性能，拓展其在催化和儲能領域中的應用。因此，負載金屬的氮摻雜褶皺石墨烯具有非常廣闊的應用前景。

現有的制備氮摻雜褶皺石墨烯的方法較多，比如凝膠法、紡絲法、噴霧干燥法等，在其上負載金屬的方法主要有浸漬法等，但是現有方法普遍存在設備依賴度高、制備步驟復雜、條件苛刻等弊端，不利于該類材料的大規模制備和推廣應用。因此，開發一種過程簡單、可操作性強、易于大規模生產的負載金屬的氮摻雜褶皺石墨烯的制備方法將具有重要的環境、經濟和社會意義。

發明內容

本發明的目的在于解決現有技術中的不足，提供一種負載金屬的氮摻雜褶皺石墨烯的制備方法及應用，制備過程簡單，易于大規模生產，所得產品在儲能、催化等方面擁有廣闊的市場前景。

本發明的技術方案為：一種負載金屬的氮摻雜褶皺石墨烯的制備方法，包括以下步驟：

（1）將氧化石墨烯超聲分散在溶劑中，攪拌后配成均一懸浮液A；

（2）將乙二胺封端的聚乙烯胺溶解在溶劑中，加入金屬鹽，攪拌得溶液B；

（3）將懸浮液A和溶液B混合，攪拌5~30 min；

（4）將所得混合液轉入聚四氟乙烯內膽的水熱反應釜中進行水熱反應，后處理得到固體粉末；

（5）為了提高某些金屬的負載強度，選擇性的將上述固體加入石英舟并置于管式爐中于設定條件下煅燒，將產物冷卻至室溫，得到負載金屬的氮摻雜褶皺石墨烯。

進一步地，步驟1中，氧化石墨烯的添加量為50~200 mg，溶劑體積為30~50 mL，攪拌時間為5~30 min，配制的懸浮液A的濃度為0.05~5 mg/mL。

進一步地，步驟2中，乙二胺封端的聚乙烯胺的添加量為50~300 mg，溶劑體積為30~50 mL，配制的聚乙烯胺溶液的濃度為0.05~10 mg/mL，金屬鹽的添加量為1~10 mg，攪拌時間為5~30 min。