[發明專利]一種三維石墨烯/碳納米管復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202010043413.3
• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN111170310B
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發明（設計）人: 李平;韓坤;曲選輝
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184;C01B32/16
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

1.一種三維石墨烯/碳納米管復合材料的制備方法，其特征在于，

該復合材料由蜂窩狀三維石墨烯框架和生長在框架上的碳納米管構成；其中碳納米管為多壁碳納米管，管徑尺寸在10~100nm之間；三維石墨烯框架由少數層石墨烯原位組裝而成，且層數為2~8層；石墨烯與碳納米管以共價鍵相連；

包括如下步驟：

a. 將九水硝酸鐵和聚乙烯吡咯烷酮K30溶解在去離子水中配成混合溶液，完全干燥后研磨成粉末；

b. 將粉末置于管式爐中在保護氣氛中以3~5℃/min的升溫速率加熱至150~250℃，保溫0.5~1h；然后以4~6℃/min的升溫速率加熱至700~800℃，保溫1~2h；再以3~5℃/min的升溫速率加熱至850~880℃，保溫2~3h；隨后以3~5℃/min的降溫速率降溫至605~645℃，通入氣體碳源，保溫0.5~2h后切斷氣體碳源，待爐子降至室溫，收集產物，產物為多壁碳納米管包裹的碳化鐵納米顆粒/三維石墨烯復合材料或多壁碳納米管包裹的鐵/碳化鐵納米顆粒/三維石墨烯復合材料；

c. 將多壁碳納米管包裹的碳化鐵納米顆粒/三維石墨烯復合材料或多壁碳納米管包裹的鐵/碳化鐵納米顆粒/三維石墨烯復合材料置于高溫石墨化爐中，在氬氣氣氛中以5~8℃/min的升溫速率加熱至2800~3000℃，保溫1~2h；待高溫爐降至室溫，收集產物，即為三維石墨烯/碳納米管復合材料；

所述步驟a中九水硝酸鐵和聚乙烯吡咯烷酮K30質量比為（1.4~1.6）：1；

所述步驟b中的氣體碳源為飽和乙醇蒸汽、飽和甲醇蒸汽、乙烯和乙炔氣體中的一種；

所述步驟b中保護氣氛為氬氫混合氣時，得到的產物為多壁碳納米管包裹的鐵/碳化鐵納米顆粒/三維石墨烯復合材料；保護氣氛為高純氬氣時，得到的產物為多壁碳納米管包裹的碳化鐵納米顆粒/三維石墨烯復合材料。

2.根據權利要求1所述的三維石墨烯/碳納米管復合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟a中混合溶液的干燥溫度為85℃。

3.根據權利要求1所述的三維石墨烯/碳納米管復合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟b中的氣體碳源為飽和乙醇蒸汽和飽和甲醇蒸汽時，保護氣氛為氫氬混合氣，其中氫氣的體積分數為10~20%，氬氣的體積分數為80~90%。

4.根據權利要求1所述的三維石墨烯/碳納米管復合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟b中的氣體碳源為乙烯和乙炔時，保護氣氛為高純氬氣；其中氬氣的體積分數為70%~80%，氣體碳源的體積分數為20~30%。

5.根據權利要求1所述的三維石墨烯/碳納米管復合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟b中氣體碳源和保護氣氛的氣體總流量為120~180sccm。