[发明专利]网络状氮掺杂石墨烯纳米微片的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种网络状氮掺杂石墨烯纳米微片的制备方法。

背景技术

石墨烯材料是一种具有独特的二维蜂窝状结构的单原子层材料，具有优异的电学、热学和力学性能，可被广泛应用于能源、环境和生物等领域，进一步通过掺杂异原子(如N、S、P等)可进一步扩展石墨烯的应用。但是由于石墨烯片层很容易团聚形成孔隙率较低的二维结构材料，为了进一步发挥石墨烯基材料的潜能，三维网络氮掺杂石墨烯受到越来越多的关注。(Cao, et al. small., 2011, 7, 3163；Hu, et al. Adv. Mater., 2013, 25, 2219)。三维氮掺杂石墨烯除了具有石墨烯本身的物化性质外还有许多其它优异的性质，如1、其独特的三维分级结构，具有支撑和缓解内部应力的作用，可用于锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池等领域，能有效缓解负极材料在充放电过程中的体积膨胀和收缩；2、内部网络高度连通，利于导热和导电，可用于导热材料、燃料电池和太阳能电池等领域。

目前，三维网络氮掺杂石墨烯的制备方法主要有以下几种：1、自上而下法(Cong, et al. ACS Nano., 2012, 6, 2693；Tang, et al. J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 9262；CN201410452932.X；CN201410808700.3等)，此方法一般从氧化石墨烯出发并且在制备过程中需要加入含氮交联剂等，在高温高压反应釜里面进行交联反应，得到该方法成本较高，且不易规模制备，限制了其进一步实际应用；2、模板法(Cheng，et al. Nat. Mater., 2011, 10, 424；Cao. et al. Small., 2013, 9, 1703.；CN201410808700.3；CN201410808700.3；CN201410803300.3等)，利用硬模板如铜、镍、钴等或者其氧化物为模板，利用含氮碳源，生成三维网络氮掺杂石墨烯，三维网络材料具有三维网络独特的形貌特征和石墨烯独特的物理化学性质，后期需要对模板进行刻蚀，从经济和环境方面限制了其大规模商业化的应用。因此，目前很难大规模制备廉价高性能的网络状氮掺杂石墨烯纳米微片。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提出一种网络状氮掺杂石墨烯纳米微片的制备方法。

本发明通过乙二胺四乙酸碱金属有机盐高温梯度煅烧制备网络状氮掺杂石墨烯纳米微片。

一种网络状氮掺杂石墨烯纳米微片的制备方法，其特征在于该方法将乙二胺四乙酸碱金属有机盐置于煅烧炉中，在空气气氛或者惰性气氛下，以1-10℃/min的升温速度升温至300-500℃，保温0.5-2h后，继续升温至600-1200℃，升温速度1-10℃/min，保温时间为1-3 h，冷却后，粉碎，用蒸馏水洗涤除去多余的盐，烘干得到网络状氮掺杂石墨烯纳米微片。

本发明所述的乙二胺四乙酸碱金属有机盐选自乙二胺四乙酸四钠、乙二胺四乙酸二钠、乙二胺四乙酸二钾以及乙二胺四乙酸三钾中的一种。

本发明所述的惰性气氛指的是氩气气氛或氮气气氛。

本发明原料廉价易得，设备要求简单、环境友好、产品质量稳定，其中采用乙二胺四乙酸碱金属有机盐作为原料，将其直接在气氛条件下梯度煅烧，通过简单的粉碎洗涤，除去多余的盐，烘干样品即可得网络状氮掺杂石墨烯纳米片。

网络状氮掺杂石墨烯纳米微片具有网络互穿结构，每个网格的直径为几百纳米到几微米，微片的厚度为十几个纳米。

制备的网络状氮掺杂石墨烯纳米微片具有良好的钠/钾离子电池负极，具有优异的循环和倍率性能。

本发明与其他网络状石墨烯纳米片制备方法相比，具有以下优点：

1、本方法原料廉价易得，制备所用原料均为乙二胺四乙酸碱金属有机盐，产地广泛且价格低廉；

2、本方法设备要求简单，本方法不涉及额外的模板和碳源，无需高真空设备，设备要求简单；

3、本方法环境相对友好，不涉及酸碱和易燃气体，产生废水中所含大部分为无机盐类，易于回收，环境污染小；

4、所制备网络状石墨烯纳米微片具有优异的储钠/钾性能，同时可广泛用于储能，光催化，高分子填料等领域。

附图说明

图1为实施例1中所制备网络状氮掺杂石墨烯纳米微片SEM照片。

图2为实施例3中所制备网络状氮掺杂石墨烯纳米微片SEM照片。

图3为实施例5中所制备网络状氮掺杂石墨烯纳米微片SEM照片。