[发明专利]一种集成多糖/3D氮掺杂石墨烯-碳纳米管复合材料的制备及应用

说明书

本发明公开了一种集成多糖/3D氮掺杂石墨烯‑碳纳米管复合材料的制备及应用，CNT加入GO悬浮液中，加入吡咯单体，得均相GO悬浮液，再加吡咯单体，超声，一定温度下反应得凝胶，煅烧，得3D氮掺杂石墨烯‑碳纳米管；SA分散于去离子水中，剧烈搅拌过程中加入NHS和EDC，得活化的SA溶液；乙酸溶液中加入CS，剧烈搅拌得CS溶液；CS溶液滴入活化的SA溶液，反应后，离心，冷冻干燥，得SA‑CS；SA‑CS粉末与去离子水混合，加入3D NGC并超声，离心洗涤，制得集成多糖/3D氮掺杂石墨烯‑碳纳米管复合材料。该复合材料具有更好的电子传输性能，可用于超级电容器、电化学传感器、锂离子电池、纳米材料等领域。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种集成多糖/3D氮掺杂石墨烯-碳纳米管复合材料的制备方法；本发明还涉及该复合材料的应用。

背景技术

石墨烯是一种二维的碳纳米材料，已经广泛应用于超级电容器、电化学传感器、锂离子电池、纳米材料以及储氢等领域。但是由于层层之间的π-π作用，会引起不可避免的团聚效应，使石墨烯的层数变厚，影响其导电性。因此二维石墨烯的应用在一定程度上受到了限制。三维石墨烯由于相对较大的比表面积、裸露更多的活性位点以及快速的电子传输性能，一定程度上优于二维石墨烯。N掺杂的石墨烯可以改变石墨烯的带宽，可以诱导石墨烯产生缺陷，但是破坏石墨烯的导电性，解决这个问题的有效方法是在石墨烯层之间引入碳纳米管，既阻碍了石墨烯的团聚，还改善了它们的导电性。

壳聚糖是一种无支链的生物相容性多糖聚合物，由于存在丰富的手性位点，因此具有优异的立体选择性。海藻酸钠也是一种天然多糖，是线状高分子电解质。因此将壳聚糖自组装海藻酸钠和N掺杂的石墨烯复合在一起有望广泛应用于电化学传感器。

发明内容

本发明的目的是提供一种集成多糖/3D氮掺杂石墨烯-碳纳米管复合材料的制备方法。

本发明的另一个目的是提供上述制备方法制得的复合材料在电化学传感器中的应用。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种集成多糖/3D氮掺杂石墨烯-碳纳米管复合材料的制备方法，具体按以下步骤进行：

1）氧化石墨烯（GO）的制备：将可膨胀石墨放入坩埚，置于马弗炉中，在900～901℃温度下加热30～50s，制得膨胀石墨；将1～1.1g膨胀石墨放入500～501mL 二甲基甲酰胺（DMF）中，超声24～25h，用乙醇和水反复洗涤过滤，在60～65℃温度下真空干燥，得到剥离的石墨烯；将1～1.1g剥离的石墨粉置于87～92mL浓硫酸和27～32mL浓磷酸组成的混合酸液中，冷却至0～1℃，然后缓慢加入9～11g高锰酸钾，控制反应温度在5℃以下，以防止爆炸；待高锰酸钾溶解完全后，升温至50～55℃，搅拌11～13h；反应结束后，体系冷却到室温，分别加入195～205mL冰水和4～6mL质量分数30%的过氧化氢溶液至反应后液变为金黄色，再滴入几滴盐酸反应过量的双氧水，离心，反复洗涤，冷冻干燥，得到氧化石墨烯（GO）；

2）3D氮掺杂石墨烯-碳纳米管的制备：将10～15mg GO分散在20～25mL水中0.5～1.0小时，得GO悬浮液，将3～4mg碳纳米管（CNT）加入该GO悬浮液中，超声处理1.0～1.5小时，加入1～1.2mL吡咯单体，超声混合，得均相GO悬浮液，将2～3mg吡咯单体加入均相GO悬浮液中，超声混合，然后将得到的黑色分散体置于密闭四氟乙烯内衬的高压釜中，在180～185℃温度下保持12～13小时，自然冷却至室温，得凝胶；将该凝胶冷冻干燥后，置于温度为800～805℃并通入Ar气氛的环境中煅烧3.5～4.0小时，得3D氮掺杂石墨烯-碳纳米管（3D NGC）；