铁/氮掺杂还原氧化石墨复合体、实施例2制备的氮掺杂还原氧化石墨材料和实施例3制备的氮化铁材料进行了电化学线性扫描伏安曲线的测试，如图7和图8所示，图7是电化学线性扫描伏安曲线图，图中A表示实施例1制备的氮化铁/氮掺杂还原氧化石墨复合体的电化学线性扫描伏安曲线图，图中B表示实施例2制备的氮掺杂还原氧化石墨材料的电化学线性扫描伏安曲线图，图中C表示实施例3制备的氮化铁材料的电化学线性扫描伏安曲线图；通过图7可知，实施例1制备的氮化铁/氮掺杂还原氧化石墨复合体相比于实施例2制备的氮掺杂还原氧化石墨材料和实施例3制备的氮化铁材料具有较小的起峰电位和较大的电流密度，说明本发明制备的氮化铁/氮掺杂还原氧化石墨复合体相比于纯相物质就有更好的电化学析氢性能。图8是塔菲尔曲线图，图中A表示实施例1制备的氮化铁/氮掺杂还原氧化石墨复合体的塔菲尔曲线图，图中B表示实施例2制备的氮掺杂还原氧化石墨材料的塔菲尔曲线图，图中C表示实施例3制备的氮化铁材料的塔菲尔曲线图，通过图8可知实施例1制备的氮化铁/氮掺杂还原氧化石墨复合体具有最低的斜率值，为156mV/dec。
【主权项】
1.一种氮化铁/氮掺杂还原氧化石墨复合体的制备方法，其特征在于氮化铁/氮掺杂还原氧化石墨复合体的制备方法是按以下步骤完成的: 一、配置氧化石墨/无机铁盐混合液:将氧化石墨加入去离子水中，配置成浓度为3.0mg/mL?5.0mg/mL的氧化石墨/水混合液，然后在温度为25°C和搅拌速度为10r/min?1000r/min的条件下向浓度为3.0mg/mL?5.0mg/mL的氧化石墨/水混合液中加入无机铁盐，搅拌混匀后得到氧化石墨/无机铁盐混合液；步骤一中所述的氧化石墨是采用Hmnmers方法制备的；步骤一中所述的氧化石墨/无机铁盐混合液中无机铁盐的浓度为1.0mmol /I,?10.0mmol /I,； 二、配置有机胺/醇溶液:将有机胺加入到醇中，混合均匀得到有机胺/醇溶液； 三、混合:在温度为25°C和搅拌速度为100r/min?1000r/min的条件下以滴加速度为0.3mL/s?0.6mL/s将氧化石墨/无机铁盐混合液滴加到有机胺/醇溶液中，并继续在温度为25°C和搅拌速度为100r/min?1000r/min的条件下搅拌30min?60min，得到含有铁离子的有机胺配合物和氧化石墨的浑浊液；步骤三中所述的氧化石墨/无机铁盐混合液中无机铁盐与有机胺/醇溶液中有机胺的摩尔比为1: (3?10);步骤三中所述的氧化石墨/无机铁盐混合液中去离子水与有机胺/醇溶液中醇的体积比为出?15):1 ; 四、制备铁基团簇/还原氧化石墨烯前驱材料:将含有铁离子的有机胺配合物和氧化石墨的浑浊液转移至高压反应釜中，在温度为140?200°C下溶剂热反应6h?15h，然后冷却至温度为25°C，得到反应物，将反应物进行分离，得到固体反应物，以乙醇作为洗涤剂对固体反应物进行洗涤，洗涤3?5次，得到洗涤后固体反应物，将洗涤后固体反应物置于烘箱中，在温度为40?60°C下干燥2h?4h，得到铁基团簇/还原氧化石墨烯前驱材料； 五、焙烧:将铁基团簇/还原氧化石墨烯前驱材料置于管式炉中，在氨气气氛或氨气/惰性气体混合气体气氛下焙烧，得到氮化铁/氮掺杂还原氧化石墨复合体。2.根据权利要求1所述的一种氮化铁/氮掺杂还原氧化石墨复合体的制备方法，其特征在于步骤一中所述的无机铁盐为硝酸铁、氯化铁或氯化亚铁。3.根据权利要求1所述的一种氮化铁/氮掺杂还原氧化石墨复合体的制备方法，其特征在于步骤一中所述的氧化石墨/无机铁盐混合液中无机铁盐的浓度为1.0mmol/L?5.0mmol /L4.根据权利要求1所述的一种氮化铁/氮掺杂还原氧化石墨复合体的制备方法，其特征在于步骤二中所述的有机胺为十二胺、十四胺、十六胺或十八胺；步骤二中所述的醇选自乙二醇、异丙醇、乙醇和丙三醇。5.根据权利要求1所述的一种氮化铁/氮掺杂还原氧化石墨复合体的制备方法，其特征在于步骤三中所述的氧化石墨/无机铁盐混合液中无机铁盐与有机胺/醇溶液中有机胺的摩尔比为1: (5?7);步骤三中所述的氧化石墨/无机铁盐混合液中去离子水与有机胺/醇溶液中醇的体积比为(8?10):1。6.根据权利要求1所述的一种氮化铁/氮掺杂还原氧化石墨复合体的制备方法，其特征在于步骤四中将含有铁离子的有机胺配合物和氧化石墨的浑浊液转移至高压反应釜中，在温度为160?180°C下溶剂热反应9h?12h，然后冷却至温度为25°C，得到反应物。7.根据权利要求1所述的一种氮化铁/氮掺杂还原氧化石墨复合体的制备方法，其特征在于步骤五中将铁基团簇/还原氧化石墨烯前驱材料置于管式炉中，在气体流量为20mL/min?lOOmL/min的氨气气氛下，以升温速度为1°C /min?5°C /min从室温升温至500?1000°C，并在温度为500?1000°C和气体流量为20mL/min?100mL/min的氨气气氛下焙烧Ih?4h，得到氮化铁/氮掺杂还原氧化石墨复合体。8.根据权利要求7所述的一种氮化铁/氮掺杂还原氧化石墨复合体的制备方法，其特征在于步骤五中将铁基团簇/还原氧化石墨烯前驱材料置于管式炉中，在气体流量为20mL/min?60mL/min的氨气气氛下，以升温速度为3°C /min从室温升温至600?800 °C ,并在温度为600?800°C和气体流量为20mL/min?60mL/min的氨气气氛下焙烧2h，得到氮化铁/氮掺杂还原氧化石墨复合体。9.根据权利要求1所述的一种氮化铁/氮掺杂还原氧化石墨复合体的制备方法，其特征在于将铁基团簇/还原氧化石墨烯前驱材料置于管式炉中，在氨气的气体流量为20mL/min?50mL/min和惰性气体的气体流量为10mL/min?40mL/min的气氛下，以升温速度为10C /min?5°C /min从室温升温至500?1000 °C，并在温度为500?1000 °C、氨气的气体流量为20mL/min?50mL/min和惰性气体的气体流量为10mL/min?40mL/min的气氛下焙烧Ih?4h，得到氮化铁/氮掺杂还原氧化石墨复合体。10.根据权利要求9所述的一种氮化铁/氮掺杂还原氧化石墨复合体的制备方法，其特征在于步骤五中将铁基团簇/还原氧化石墨烯前驱材料置于管式炉中，在氨气的气体流量为20mL/min?50mL/min和惰性气体的气体流量为10mL/min?40mL/min的气氛下，以升温速度为3°C /min从室温升温至600?800°C，并在温度为600?800°C、氨气的气体流量为20mL/min?50mL/min和惰性气体的气体流量为10mL/min?40mL/min的气氛下焙烧2h，得到氮化铁/氮掺杂还原氧化石墨复合体。
【专利摘要】一种氮化铁/氮掺杂还原氧化石墨复合体的制备方法，它涉及一种氮化铁和氮掺杂还原氧化石墨复合材料的制备方法。本发明的目的是要解决现有制备的氮化铁/氮掺杂还原氧化石墨复合体过程中存在程序复杂、成本高、产率低，且氮化铁的尺寸大，导致材料的导电性和电化学性能较差的问题。方法：一、配置氧化石墨/无机铁盐混合液；二、配置有机胺/醇溶液；三、混合，得到含有铁离子的有机胺配合物和氧化石墨的浑浊液；四、制备铁基团簇/还原氧化石墨烯前驱材料；五、焙烧，得到氮化铁/氮掺杂还原氧化石墨复合体。优点：氮化铁尺寸均一、直径小于10nm。本发明主要用于制备氮化铁/氮掺杂还原氧化石墨复合体。
【IPC分类】C01B31/04, C01B21/06, B82Y30/00
【公开号】CN105036095
【申请号】CN201510377211
【发明人】任志宇, 孔令俊, 刘博文, 杜世超, 付宏刚
【申请人】黑龙江大学
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年7月1日