CN103288075A - 氮掺杂石墨烯纳米带及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种氮掺杂石墨烯纳米带及其制备方法。本发明氮掺杂石墨烯纳米带的制备方法包括以下步骤：首先，采用铁的无机共价化合物三氯化铁为催化剂前驱体，固态含氮有机化合物为碳源，通过浮游催化化学气相沉积的方法制备出氮掺杂铁填充碳纳米管；然后，将氮掺杂铁填充碳纳米管放入氧化剂溶液中，经超声分散后置于油浴中加热回流；冷却至室温，水洗至中性，真空干燥得到氮掺杂石墨烯纳米带。本发明氮掺杂石墨烯纳米带及其制备方法克服了现有技术的诸多缺点，实现了制备方法简单、环保、反应条件温和的优点。本发明氮掺杂石墨烯纳米带能作为阳极材料应用于锂电池中。
Description
技术领域
本发明涉及材料技术，尤其涉及一种氮掺杂石墨烯纳米带及其制备方法。
背景技术
2004年，Geim和Novoselov采用微机械剥离法制备出单原子层的石墨即石墨烯[Novoselov, et al. Science, 2004,
306(5696)：666]。该材料具有优异的光学、电学、力学性质，在能源、电子、催化等领域具有广泛的应用前景。除微机械剥离法外目前制备石墨烯的方法主要有还原氧化石墨法[Park
and Ruoff,Nature nanotechnology, 2009, 4(4): 217]、外延生长法[Sutter,
Flege and Sutter, Nature materials, 2008, 7(5): 406]、化学气相沉积法[Li, et al. Science, 2009, 324(5932): 1312]、有机合成法[Yang, et al. Journal of the American Chemical Society,
2008, 130(13): 4216]等。这些制备方法让石墨烯的研究和应用成为可能，但均不同程度存在着合成步骤复杂，产品形貌不可控或产量有限等缺点。2009年Tour课题组[Kosynkin, et
al. Nature, 2009, 458(7240): 872]和戴宏杰课题组[Jiao,
et al. Nature, 2009, 458(7240): 877]通过两种不同的方法将碳纳米管径向剖开制备出了石墨烯纳米带，这一研究成果被Nature以大篇幅报道，被视为制备石墨烯的新突破。碳纳米管可看作是由单层或多层石墨烯卷曲而成，世界上很多课题组或公司已能批量生产单壁或多壁碳纳米管[Terrones.
ACS NANO, 2010, 4(4): 7]，并能通过异质原子的掺杂改变其性能[Panchakarla,
Govindaraj and Rao Inorganica Chimica Acta, 2010, 363(15):4163] ，因此以碳纳米管为原料合成石墨烯，不仅能实现石墨烯的大规模生产还能直接合成出具有N，B或P等原子掺杂的石墨烯。
目前，由碳纳米管制备石墨烯纳米带的方法主要有以下几种：
Tour课题组使用液相氧化法制备石墨烯纳米带，首先将多壁碳纳米管浸渍于浓硫酸中，然后在500wt%的KMNO4溶液中加热以实现碳纳米管的纵向切割[Kosynkin,
et al. Nature, 2009, 458(7240): 872]。如图1和图2所示，为采用液相氧化法制备得到的石墨烯纳米带[Rodolfo
Cruz-Silva , et al. ACS Nano, 2013, 7(3): 2192]，具体的制备过程如下：将800
mg 氮掺杂碳纳米管加入到100 ml浓硫酸中，超声1 h，随后加入20 ml磷酸。将硫酸和磷酸混合液加热至80 oC 并将4.0 g 高锰酸钾缓慢加入混合液中，整个加热过程持续2 h，将反应后的溶液立即倒入混有10 ml双氧水的冰水中降温，经离心、过滤、洗涤、干燥等步骤制得氮掺杂石墨烯纳米带。该制备方法中所使用氧化剂为硫酸和高锰酸钾，均为强氧化剂且高锰酸钾在加热过程中有爆炸的危险性，实验步骤复杂，操作危险，且后期处理中很难将所用氧化剂清洗干净。对样品进行透射电镜（TEM）表征（图1和图2）可以看到，所制备的氮掺杂石墨烯纳米带的带状结构不明显，大部分仍保留着氮掺杂碳纳米管的竹节结构，开壁作用不明显。使用XPS表征表明，所使用氮掺杂碳纳米管中氮含量为1.56 atm%，经氧化开壁处理后，氮掺杂石墨烯纳米带中氮含量仅为 0.31
atm%，表明此种氧化方式对晶格内掺入的氮有较大的破坏作用。
戴宏杰课题组则使用一种偏物理的方法，先将碳纳米管沉积在硅基底上，用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）包覆住大部分的碳管表面，然后用氩气等离子体将暴露在外面的碳纳米管壁刻蚀掉，制备出了直径10-20 nm的石墨烯纳米带[Jiao, et al. Nature, 2009, 458(7240): 877]。
由碳纳米管制备石墨烯纳米带引起了人们的广泛关注，很多课题组竞相对其进行了研究并陆续报道了很多方法。其中代表性的主要有：（1）使用Li+和液氨插入到碳纳米管的管壁内，实现碳管层与层间的剥离[Cano-Márquez,
et al. Nano letters, 2009, 9 (4): 1527]；（2）将Pd纳米粒子附载在碳纳米管上，利用微波辐射刻蚀碳管[Janowska,
et al. Applied Catalysis A: General, 2009, 371(1-2): 22]；（3）将过渡金属（Ni或Co）负载在管壁上，通过催化加氢实现开壁作用[Elias,
et al. Nano letters, 2010, 10(2): 366]；（4）在空气氛围下对碳纳米管进行适当氧化，然后在有机溶剂中进行超声剥离[Jiao, et al. Nature
nanotechnology, 2010, 5(5): 321]；（5）利用钾蒸汽对碳纳米管进行插层和剥离[Kosynkin, et al. ACS NANO, 2011, 5(2):
968]。此外，电化学方法及液氮也被用于碳纳米管的径向切割[Kim, Sussman
and Zettl, ACS NANO, 2010, 4(3): 1362],[Morelos-Gómez, et al. ACS NANO, 2012,
6(3): 2261]。
上述报道中，使用硫酸和高锰酸钾等强氧化剂对碳纳米管进行径向切割，引进了较难除去的有毒化学试剂；使用等离子体刻蚀则成本高昂，难以批量生产；使用钾蒸汽或电化学方法等手段对碳纳米管进行开壁则存在实验条件苛刻，产率较低等缺点。即上述制备方法普遍存在着合成技术复杂或所用试剂毒性较大、合成条件苛刻等缺点。所以亟待一种制备方法简单、环保、反应条件温和的石墨烯纳米带的制备方法。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述石墨烯纳米带制备方法复杂、试剂毒性大、合成条件苛刻的问题，提出一种氮掺杂石墨烯纳米带的制备方法，以实现制备方法简单、环保、反应条件温和。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种氮掺杂石墨烯纳米带的制备方法，包括以下步骤：
（1）将分别承装有碳源和催化剂前驱体的两个容器放置于两端分别设置有气体入口和气体出口的石英管反应器中，并使两个容器靠近气体入口；其中，所述催化剂前驱体为三氯化铁，碳源为固态含氮有机化合物；
（2）将石英管反应器置于管式加热设备中；
（3）向石英管反应器中通入惰性保护气，开启加热设备至反应温度，挥发为气态的催化剂前驱体和碳源在惰性保护气体载气的带动下，进入石英管反应器中部的高温区进行化学气相沉积反应，待容器内物料挥发完毕后停止加热；
（4）将石英管反应器在惰性保护气氛下冷却至室温，收集石英管反应器中的产品，获得氮掺杂铁填充碳纳米管；
（5）将氮掺杂铁填充碳纳米管，放入氧化剂溶液中，经超声分散后置于油浴中加热回流；冷却至室温，水洗至中性，通常采用去离子水，真空干燥，得到氮掺杂石墨烯纳米带，该氮掺杂石墨烯纳米带外观为黑色。
进一步地，所述碳源与催化剂前驱体的质量比为1：0.5-5。
进一步地，所述含氮的固态有机化合物为三聚氰胺、双氰胺、六亚甲基四胺和咪唑中的一种或多种。优选的为三聚氰胺，三聚氰胺含氮量高，且可同时作为碳源和氮源来制备氮掺杂铁填充型的碳纳米管，并且它的挥发温度与无水三氯化铁接近，在300℃左右，是一种廉价的工业原料。
进一步地，所述惰性保护气为氩气、氦气和氮气中的一种或多种。
进一步地，所述反应温度为700～1000℃。
进一步地，所述氧化剂为浓硝酸与浓硫酸的混合液或硝酸溶液，所述浓硝酸与浓硫酸的混合溶液为浓度为65wt%的浓硝酸与98wt%的浓硫酸按体积比V/V=1:2-4混合得到的混合液，所述硝酸溶液为浓度为40 -65wt%的硝酸溶液。所用氮掺杂铁填充碳纳米管与氧化剂的质量比为1：100~1000。
进一步地，所述加热回流温度为70-140 oC。
进一步地，所述加热回流时间为0.5-18 h。
本发明的另一个目的还提供了一种氮掺杂石墨烯纳米带，采用氮掺杂石墨烯纳米带的制备方法制备而成。
本发明的另一个方面是提供一种氮掺杂石墨烯纳米带的用途，所述氮掺杂石墨烯纳米带能作为阳极材料应用于锂电池中。
本发明氮掺杂石墨烯纳米带及其制备方法科学，合理，与现有技术相比较具有以下优点：
(1) 采用无机共价化合物三氯化铁（通常选用无水三氯化铁）作为催化剂前驱体、固态含氮有机物作为碳/氮源，原位合成得到高度铁填充的氮掺杂碳纳米管。与现有技术中氮掺杂碳纳米管的典型竹节结构不同，铁的填充阻止了碳纳米管内部竹节结构的形成，使其保持贯通的管腔结构；氮的掺杂为管壁引入了缺陷位，增加了其反应活性，使其更易于被氧化剂所氧化；
(2)采用氧化性强酸如硝酸、硫酸为氧化剂对氮掺杂铁填充碳纳米管进行氧化，简便地实现了氮掺杂铁填充碳纳米管的径向切割；
(3) 由于选用的前驱物为氮掺杂铁填充碳纳米管，以此制备的石墨烯纳米带中也有氮原子的掺杂，不需要额外引入氮源，简化了氮掺杂石墨烯纳米带的制备方法，提高了其经济性。
附图说明
图1为现有技术制备得到的石墨烯纳米带的电镜图1；
图2为现有技术制备得到的石墨烯纳米带的电镜图2；
图3为实施例1用于制备氮掺杂铁填充碳纳米管的反应装置；
图4为实施例1所制备的氮掺杂铁填充碳纳米管的扫描电子显微镜照片；
图5为实施例1所制备的氮掺杂铁填充碳纳米管的透射电子显微镜照片；
图6为实施例1所制备的氮掺杂石墨烯纳米带的扫描电子显微镜照片；
图7为实施例1所制备的氮掺杂石墨烯纳米带的透射电子显微镜照片；
图8为实施例2所制备的氮掺杂石墨烯纳米带的扫描电子显微镜照片。
具体实施方式
本发明公开了一种氮掺杂石墨烯纳米带的制备方法，该方法首先合成组成结构独特的氮掺杂铁填充碳纳米管，然后采用氧化性强酸为氧化剂氧化氮掺杂铁填充碳纳米管，制备得到氮掺杂石墨烯纳米带。具体地，氮掺杂石墨烯纳米带的制备方法包括以下步骤：
（1）将分别承装有碳源和催化剂前驱体的两个容器放置于两端分别设置有气体入口和气体出口的石英管反应器中，并使两个容器靠近气体入口，以便自气体入口进入的惰性保护气体可以携带挥发的物料进入石英管反应器中部参与反应。可以理解除石英管反应器外，本发明还可以采用其他形式的耐高温管式反应器；其中，所述催化剂前驱体为三氯化铁，碳源为固态含氮有机化合物；
（2）将石英管反应器置于管式加热设备中，使两个容器在管式加热设备的加热范围内，并且为了便于观察容器内物料余量，两个容器应尽量靠近管式加热设备的端部；
（3）向石英管反应器中通入惰性保护气（惰性气体自气体入口进入，自气体出口排出），惰性保护气体一方面可以用于携带挥发性物料至反应区，另一方面可以防止生成的产物被氧化。开启加热设备至反应温度，挥发为气态的催化剂前驱体和碳源在惰性保护气体的带动下，进入石英管反应器中部的高温区（因石英管两端与大气接触，两端的温度略低于石英管中部的温度）进行化学气相沉积反应，待容器内物料挥发完毕后停止加热，可以理解，如碳源和催化剂按照反应配比放置，两个反应器内的物料应该同时挥发殆尽，如某物料过量，则另一物料挥发殆尽即可停止加热；
（4）将石英管反应器在惰性保护气氛下冷却至室温，收集石英管反应器中的产品，获得氮掺杂铁填充碳纳米管；
（5）将氮掺杂铁填充碳纳米管放入氧化剂溶液中，经超声分散后置于油浴中加热回流，本发明中氮掺杂铁填充碳纳米管的分散还可以采用其他常规分散手段实现；冷却至室温，水洗至中性，通常采用去离子水，真空干燥，得到氮掺杂石墨烯纳米带，该氮掺杂石墨烯纳米带外观为黑色。氮掺杂铁填充碳纳米管的开壁是因为：氮的掺杂使得碳纳米管管壁化学反应活性提高，容易在强酸的强氧化作用下形成含氧官能团和缺陷位，导致管壁六元环结构的变形和碳碳键的断裂；而且经酸溶去管内填充的铁后管腔的中通结构也使得开壁过程能顺利进行。此外，氧化过程中没有引入其他氧化剂，后续处理比较简便，过程较为环保。
所述碳源与催化剂前驱体的质量比为1：0.5-5，优选的1:1-3。含氮的固态有机化合物为三聚氰胺、双氰胺、六亚甲基四胺和咪唑中的一种或多种。优选的为三聚氰胺，三聚氰胺含氮量高，可同时作为碳源和氮源来制备氮掺杂铁填充型的碳纳米管。并且三聚氰胺的挥发温度与无水三氯化铁接近，均为300℃左右，是一种廉价的工业原料。本发明惰性保护气应不与反应物和产物发生反应，惰性保护气可选用氩气、氦气和氮气中的一种或多种。所述反应温度为700～1000℃，优选的为800-900℃。
本发明采用固态含氮有机物作为碳源，并利用其含氮量较高且容易挥发的特点，无需另加氮源即可实现了原位一步法制备氮掺杂铁填充型的碳纳米管，有利于简化工艺，降低成本。
本发明采用的氧化剂为浓硝酸与浓硫酸的混合液或硝酸溶液，所述浓硝酸与浓硫酸的混合溶液为浓度为65wt%的浓硝酸与98wt%的浓硫酸按体积比V/V=1:2-4混合得到的混合液，优选的为V/V=1:3，所述硝酸溶液为浓度为40
-65wt%的硝酸溶液。加热回流温度为70-140 oC，优选的为90-120℃。所述加热回流时间可根据加热回流温度进行调整，通常为0.5-18
h，优选的为2-6 h。所用氮掺杂铁填充碳纳米管与氧化剂的质量比为1：100~1000，优选的为1:200-500。
本发明还提供了一种采用上述氮掺杂石墨烯纳米带制备方法制备而成的氮掺杂石墨烯纳米带，该氮掺杂石墨烯纳米带纯度较高，长度可达几微米。本发明氮掺杂石墨烯纳米带中异质原子N的掺入大大增强了其储锂性，使其具有优良的电化学特性，能作为阳极材料应用于锂电池中。
本发明用于制备铁填充碳纳米管的反应装置包括：管式加热炉、用于承装固态反应物的容器、两端分别设置有气体入口和气体出口的石英管反应器，所述用于承装固态反应物的容器放置在石英管反应器内靠近气体入口的一端，所述石英管反应器放置于管式加热炉中。用于承装固态反应物的容器为瓷舟；所述管式加热设备为管式电阻炉。本发明铁填充碳纳米管反应装置还包括尾气回收装置，所述石英管反应器上的气体出口通过管路与尾气回收装置连通。为了便于观察承装固态反应物的容器内物料的余量，本发明中用于承装固态反应物的容器放置于石英管反应器总长的1/5-1/3处，优选的为1/4处。
以下通过具体实施例对本发明进行说明：
实施例1
图3为实施例1用于制备氮掺杂铁填充碳纳米管的反应装置；图4为实施例1所制备的氮掺杂铁填充碳纳米管的扫描电子显微镜照片；图5为实施例1所制备的氮掺杂铁填充碳纳米管的透射电子显微镜照片；图6为实施例1所制备的氮掺杂石墨烯纳米带的扫描电子显微镜照片；图7为实施例1所制备的氮掺杂石墨烯纳米带的透射电子显微镜照片。
本实施例公开了一种氮掺杂石墨烯纳米带的制备方法，采用图3所示的铁填充碳纳米管反应装置，该反应装置包括：具有控温装置的管式电阻炉3、两个用于承装固态反应物的瓷舟2、两端分别设置有气体入口7和气体出口4的石英管反应器5，用于承装固态反应物的瓷舟2放置在石英管反应器5内靠近气体入口7的一端，具体地用于承装固态反应物的瓷舟2放置于石英管反应器总长的1/3处，该石英管反应器5放置于管式电阻炉3中。所述流量计1（用于计量惰性气体Ar的流量）与石英管反应器5上的气体入口7连通。该铁填充碳纳米管反应装置还包括尾气回收装置，石英管反应器5上的气体出口4通过管路与尾气回收装置连通。
氮掺杂石墨烯纳米带的制备方法包括以下步骤：
首先各称取0.5 g三聚氰胺和0.5 g无水三氯化铁分别置于两个瓷舟中，铺展均匀。将两个瓷舟并排放入石英管反应器中，再将石英管反应器置于管式电阻炉内。向密封良好的石英管反应器通入保护气体Ar，同时将管式电阻炉程序升温至800 °C，调节Ar气体流量为200 mL/min，推动石英管使瓷舟进入炉口，缓慢挥发的三聚氰胺和三氯化铁在保护气体Ar的带动下进入石英管中部的高温区域进行催化反应。待两样品挥发完毕，停止加热。将石英管在Ar气氛下冷却至室温，收集石英管中部的黑色产物，即为氮掺杂铁填充碳纳米管产品（产物标记为Fe@N-CNTs）。
使用扫描电镜（SEM）进行表征，如图4所示，氮掺杂铁填充碳纳米管具有较高纯度，其长度可达几十微米。使用透射电子显微镜（TEM）观察，如图5所示，氮掺杂铁填充碳纳米管的平均直径为250
nm左右，且管的空腔内填充有大量长度可达数微米的铁纳米线。对其进行热重（TG）分析，可知管内的铁填充量高达37.4 wt%。用X射线光电子能谱（XPS）对含氮量进行检测，得知氮原子在所制备产物的碳氮总原子数中所占比例达3.79
atm%，显示氮原子已掺杂进碳纳米管管壁晶格内。
称取氮掺杂铁填充碳纳米管100 mg，置于盛有体积为100
ml，质量百分数65wt%的硝酸溶液的烧瓶内，超声5 min使碳纳米管分散均匀，置于油浴加热至120 oC，回流10 h。反应完毕后，冷却至室温，将溶液倒入500
ml去离子水中，过滤，洗涤样品至中性，在真空干燥箱中120 oC干燥12 h，制得氮掺杂石墨烯纳米带（产物标记为N-GNRs-1）。
使用扫描电镜（SEM）观察氮掺杂石墨烯纳米带，如图6所示，所得样品中几乎都是完全开壁的二维氮掺杂石墨烯纳米带，纯度较高，长度可达几微米。通过透射电镜（TEM）进一步观察氮掺杂石墨烯纳米带，如图7所示，可知所得氮掺杂石墨烯纳米带的平均宽度为200
nm，与前驱物铁填充氮掺杂碳纳米管的直径相近，反映出其开壁行为是纵向双侧对开。热重分析（TG）表明，氮掺杂石墨烯纳米带在454 oC左右出现最大失重峰，与铁填充氮掺杂碳纳米管的失重峰545 oC具有明显的区别。用X射线光电子能谱（XPS）对所得氮掺杂石墨烯纳米带的含氮量进行检测，得知氮原子在碳氮总原子数中所占比例可达3.70 atm%。显示碳纳米管经硝酸氧化开壁处理后氮原子在碳晶格中的掺杂量没有明显的减少。
实施例2
图8为实施例2所制备的氮掺杂石墨烯纳米带的扫描电子显微镜照片。
称取实施例1中制备得到的氮掺杂铁填充碳纳米管100
mg，置于盛有体积为100 ml、质量百分数65wt%的硝酸的烧瓶内，超声5 min使碳纳米管分散均匀，置于油浴中加热至120 oC，回流0.5 h。反应完毕后，冷却至室温，将溶液倒入500
ml去离子水中，过滤，洗涤样品至中性，在真空干燥箱中120 oC干燥12 h，制得氮掺杂石墨烯纳米带（产物标记为N-GNRs-2）。
使用扫描电镜（SEM）观察氮掺杂石墨烯纳米带，如图8所示，所得样品具有明显的二维带状结构，其长度可达十几微米。说明采用硝酸氧化回流的方法能够方便实现本实施例1中氮掺杂铁填充碳纳米管的纵向切割，使之由一维结构转化为具有二维平面结构的氮掺杂石墨烯纳米带。
实施例3
以实施例1所得氮掺杂石墨烯纳米带为阳极材料组装锂电池，在100 mA
g-1的电流密度下进行锂电循环充放电性能测试，其首次循环放电比容量高达1144.6 mAh g-1，可逆比容量为758.5 mAh g-1。进行100次循环充放电后，其比容量仍可维持在700 mAh g-1，体现出较高的比容量和较好的循环稳定性。在不同的电流密度（300 mA g-1，600 mA g-1，1 A g-1，2 A g-1，3A g-1）下对锂电池的倍率性能进行测试，结果表明，在大电流密度3 A g-1下，电池的比容量仍可保持在300 mAh g-1；且当电流密度恢复到300
mA g-1时，比容量可恢复至700 mAh g-1，体现出优异的倍率性能。综上，实施例1所制备的氮掺杂石墨烯纳米带作为锂电池电极材料，显示了高比容量、优异的循环稳定性和倍率性能。
本发明不局限于上述实施例所记载的氮掺杂石墨烯纳米带及其制备方法，各种物料配比的改变，反应设备的改变和反应条件的改变均在本发明的保护范围之内。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种氮掺杂石墨烯纳米带的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将分别承装有碳源和催化剂前驱体的两个容器放置于两端分别设置有气体入口和气体出口的石英管反应器中，并使两个容器靠近气体入口；其中，所述催化剂前驱体为三氯化铁，碳源为固态含氮有机化合物；
（2）将石英管反应器置于管式加热设备中；
（3）向石英管反应器中通入惰性保护气，开启加热设备至反应温度，挥发为气态的催化剂前驱体和碳源在惰性保护气体载气的带动下，进入石英管反应器中部的高温区进行化学气相沉积反应，待容器内物料挥发完毕后停止加热；
（4）将石英管反应器在惰性保护气氛下冷却至室温，收集石英管反应器中的产品，获得氮掺杂铁填充碳纳米管；
（5）将氮掺杂铁填充碳纳米管放入氧化剂溶液中，经超声分散后置于油浴中加热回流；冷却至室温，水洗至中性，真空干燥，得到氮掺杂石墨烯纳米带。
2.根据权利要求1所述氮掺杂石墨烯纳米带的制备方法，其特征在于，所述碳源与催化剂前驱体的质量比为1：0.5-5。
3.根据权利要求1所述氮掺杂石墨烯纳米带的制备方法，其特征在于，所述含氮的固态有机化合物为三聚氰胺、双氰胺、六亚甲基四胺和咪唑中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述氮掺杂石墨烯纳米带的制备方法，其特征在于，所述惰性保护气为氩气、氦气和氮气中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述氮掺杂石墨烯纳米带的制备方法，其特征在于，所述反应温度为700～1000℃。
6.根据权利要求1所述氮掺杂石墨烯纳米带的制备方法，其特征在于，所述氧化剂为浓硝酸与浓硫酸的混合液或硝酸溶液，所述浓硝酸与浓硫酸的混合溶液为浓度为65wt%的浓硝酸与98wt%的浓硫酸按体积比V/V=1:2-4混合得到的混合液，所述硝酸溶液为浓度为40 -65wt%的硝酸溶液。
7.根据权利要求1所述氮掺杂石墨烯纳米带的制备方法，其特征在于，所述加热回流温度为70-140 oC。
8.根据权利要求1所述氮掺杂石墨烯纳米带的制备方法，其特征在于，所述加热回流时间为0.5-18 h。
9.一种氮掺杂石墨烯纳米带，其特征在于，采用权利要求1-8任意一项所述氮掺杂石墨烯纳米带的制备方法制备而成。
10.一种权利要求9所述氮掺杂石墨烯纳米带的用途，其特征在于，所述氮掺杂石墨烯纳米带能作为阳极材料应用于锂电池中。
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