CN108063251A - 一种新型高效率混合型石墨烯材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新型高效率混合型石墨烯材料及其制备方法，其为层状堆叠结构，具有500~700 m2/g的比表面积，其制备方法，包括以下步骤：A、将双氰胺与含碳材料混合，在搅拌器中以600~1000℃下反应，使碳链的生成与重新排布，使氮源与碳源的均匀混合；B、将混合后的产物与钛的氧化物反应，利用超声机超声混合均匀；C、混合物在冻干机中冻干处理24小时获得粉末状产物；D、产物高温煅烧得到新型高比表面积石墨烯材料；E、新型高比表面积石墨烯材料经过氟化氢酸处理除去内部纳米金属颗粒，得到更纯，比表面积更大的石墨烯材料。本发明提高了石墨烯材料的比表面积，大幅度提升了碳材料的催化活性与活性位点的储存量，为超大容量电池的电极提供了合适的原材料。

Description

一种新型高效率混合型石墨烯材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于新型电池、催化剂等原材料以及多种新型电池电极的制备技术，具体的说是一种新型高效率混合型石墨烯材料及其制备方法。
背景技术
目前使用广泛的电池，最大量的依旧是铅酸电池，并且伴随着多种新型电池的崛起，如氢燃料电池、甲醇燃料电池、锂电池等等。但是此类电池或效率不高，或价格昂贵。众所周知，能源问题是当今世界第一大问题，而储能装置是极其重要的一个环节。燃料电池中使用的铂价格高储量少，锂电池充放电慢，电容量低等等问题。均需要实用新型的电极与催化剂来获得新的发展。
发明内容
针对上述现有技术不足，本发明提出了一种高效率混合型石墨烯材料，在比表面积方面，远远高于目前市场上流通的石墨烯材料。普通的石墨烯材料比表面积在10~100m2/g之间，虽然石墨烯多孔材料的理论比表面积很大，但是实际生产中很难得到。而通过此方法得到的石墨烯材料比表面积可达500~700m2/g。
本发明采用的技术方案是：一种新型高效率混合型石墨烯材料，其特征是，为层状堆叠结构，具有500~700 m2/g的比表面积。
一种新型高效率混合型石墨烯材料的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
A、将双氰胺与含碳材料混合，在搅拌器中以600~1000℃下反应，使碳链的生成与重新排布，使氮源与碳源的均匀混合；
B、将混合后的产物与钛的氧化物反应，利用超声机超声混合均匀；
C、混合物在冻干机中冻干处理24小时获得粉末状产物；
D、产物高温煅烧得到新型高比表面积石墨烯材料；
E、新型高比表面积石墨烯材料经过氟化氢酸处理除去内部纳米金属颗粒，得到更纯，比表面积更大的石墨烯材料。
所述含碳材料为葡萄糖、木屑、纸屑中的一种或多种。
本发明的有益效果是：极大的提高了石墨烯材料的比表面积，大幅度提升了此碳材料的催化活性与活性位点的储存量，为超大容量电池的电极提供了合适的原材料。
附图说明
图1是本发明单层片状堆叠石墨烯结构示意图。
图2是氮化碳型石墨烯基本结构示意图。
具体实施方式
下面将通过实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和图2所示，一种新型高效率混合型石墨烯材料，为层状堆叠结构，具有500~700 m2/g的比表面积。
一种新型高效率混合型石墨烯材料的制备方法，包括以下步骤：
A、将双氰胺与含碳材料混合，在搅拌器中以600~1000℃下反应，使碳链的生成与重新排布，使氮源与碳源的均匀混合；
B、将混合后的产物与钛的氧化物反应，利用超声机超声混合均匀；
C、混合物在冻干机中冻干处理24小时获得粉末状产物；
D、产物高温煅烧得到新型高比表面积石墨烯材料；
E、新型高比表面积石墨烯材料经过氟化氢酸处理除去内部纳米金属颗粒，得到更纯，比表面积更大的石墨烯材料。
所述含碳材料为葡萄糖、木屑、纸屑中的一种或多种。
相对于市面上的石墨烯材料制备方法，本方法简单，成本相对低廉，产率更高。使用合理的原材料混合是碳原子与碳原子之间呈SP3杂化结构，并且利用纳米尺寸的填充技术使得石墨烯材料中掺杂的钛等纳米颗粒，人为的额外制造出纳米级的孔洞在其中。后续对石墨烯材料进行去模板操作，可以去掉其中的固体金属颗粒，得到多孔洞，高比表面积的石墨烯材料。
混合进了氮源与金属钛作为结构的支撑材料，得到了新型的层状堆叠结构，该结构具有500~700 m2/g的超大比表面积。
其中，材料的孔洞尺寸在1~10纳米（透射电镜显示），孔洞的来源在于石墨烯三维堆叠本身带来的孔隙，这种方式的改进极大的提高了比表面积。
其中，如果人为除去填充的金属钛，可以制造出更多的孔洞与稳定的高效催化剂。
其中，使用DCDA（双氰胺）作为氮源，可以使用含碳材料如葡萄糖、木屑、纸屑等作为碳源，在600~1000℃煅烧下，采用一定升温程序，不同温度可以得到不同结构的石墨烯材料。
其中，引入钛金属模板，使比表面积远高于同类产品，是作催化剂与电极的最佳石墨烯材料之一。
该结构经过改造具有大量的活性位点并且可负载其他材料，可作为燃料电池与锂电池的正负极材料，用于电池的制备。
以上所述实施例仅表示本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明保护范围。

Claims (3)

1.一种新型高效率混合型石墨烯材料，其特征是，为层状堆叠结构，具有500~700 m2/g的比表面积。
2.一种新型高效率混合型石墨烯材料的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
A、将双氰胺与含碳材料混合，在搅拌器中以600~1000℃下反应，使碳链的生成与重新排布，使氮源与碳源的均匀混合；
B、将混合后的产物与钛的氧化物反应，利用超声机超声混合均匀；
C、混合物在冻干机中冻干处理24小时获得粉末状产物；
D、产物高温煅烧得到新型高比表面积石墨烯材料；
E、新型高比表面积石墨烯材料经过氟化氢酸处理除去内部纳米金属颗粒，得到更纯，比表面积更大的石墨烯材料。
3.根据权利要求2所述的一种新型高效率混合型石墨烯材料的制备方法，其特征在于：所述含碳材料为葡萄糖、木屑、纸屑中的一种或多种。
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JP2010509169A (ja) * 2006-11-10 2010-03-25 コリア ベイシック サイエンス インスティテュート 陰極酸化アルミニウムテンプレートを用いたリチウム添加シリカナノチューブの製造方法および貯蔵体としての用途
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