一种高氮含量的二维氮掺杂石墨烯的制备方法与流程

文档序号:12389874阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种高氮含量的二维氮掺杂石墨烯的制备方法,其特征在于:选用高分子链是由芳香性的刚性苯并咪唑组成,且分子中含有富含氮元素的咪唑环和端氨基的可溶性的聚(2,5-苯并咪唑)(ABPBI)为碳源和氮源,用阳离子表面活性剂等改性的蒙脱土疏水夹层为模板,可溶性的ABPBI的溶液用真空辅助的方法填充到模板剂的夹层中, ABPBI分子中的芳香环在夹层内规则排列,其分子中富含氮元素的咪唑环和端氨,在惰性气体保护下,热解、用氢氟酸洗涤除去模板剂,制备高氮含量的二维氮掺杂石墨烯;ABPBI是可溶性的,其苯并咪唑环是刚性的芳香性环,在热解时易形成氮掺杂石墨烯结构,分子中的羧基热解时脱酸起到造孔作用; ABPBI溶液与不同层间距的层状模板剂,按照不同质量比混合、氩气保护下高温炉内热解2~3h,用氢氟酸去模板即可得到的二维氮掺杂石墨烯,所述的高氮含量的二维氮掺杂石墨烯,应用于催化氧还原反应的催化剂,用在金属空气电池、燃料电池;也可用于催化电解水氧析出反应的催化剂;还可用于超级电容器的电极材料。

2.根据权利要求1所述的ABPBI,其特征在于:高分子链是由芳香性的刚性苯并咪唑组成,且分子中含有富含氮元素的咪唑环和端氨基;聚合物粘均分子量在1~3万之间,可以溶解在二甲基乙酰胺(DMAc)、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)和N-甲基吡咯烷酮等有机溶剂。

3.根据权利要求1所述的模板剂为用阳离子表面活性剂改性的蒙脱土,不同阳离子表面活性剂可以调节层状材料的层间距,阳离子表面活性剂可以使夹层间变为疏水状态,易于疏水性高分子ABPBI分子的插入,其特征在于,其夹层的层间距在0.2~0.6nm,夹层间变为疏水性的,阳离子表面活性剂选C6~C18烷基三甲基溴化铵型阳离子表面活性剂等。

4.根据权利要求1所述的ABPBI与模板剂改性蒙脱土的质量比为2:1~1:3;混合方式为:称取一定量的模板剂改性蒙脱土在高温炉内160~220℃加热2h,以除去多层材料夹层中吸附水、气体或杂质。

5.待冷至室温,转移到连有真空泵的压力容器内,抽真空30~40 min,用注射器向压力容器内注射一定量的ABPBI溶液,使ABPBI溶液浸泡模板剂,继续抽真空,待容器内无液体后,继续上述操作直至ABPBI溶液被用完,抽干即可。

6.把吸入ABPBI溶液的模板剂,取出在真空干燥箱内60~120℃陈化,待冷却至室温的样品取出,研细,放入瓷舟,在高温炉内氩气保护下热解2~3h,待炉温冷却后,取出样品,用氢氟酸洗去模板剂,用去离子水洗去酸,在真空干燥箱内80~120℃下干燥,即得到黑色的二维氮掺杂石墨烯产品。

7.根据权利要求1所述的热解温度为700~1000℃。

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