CN108298522B - 铁基合金纳米颗粒修饰三维多孔氮掺杂石墨烯的制备方法 - Google Patents

铁基合金纳米颗粒修饰三维多孔氮掺杂石墨烯的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种铁基合金纳米颗粒修饰三维多孔氮掺杂石墨烯的制备方法。工艺过程为：1.将九水硝酸铁、其他金属硝酸盐和聚乙烯吡咯烷酮分别溶解在去离子水中配成混合溶液，超声搅拌5～10min；2.将所得的混合溶液置于鼓风干燥箱中完全干燥，随后研磨成粉末；3.将研磨得到的粉体转移至坩埚中然后置于管式炉中在Ar氛围中以1～20℃/min加热至500～900℃下保温1～3h，得到黑色泡沫状产物即为铁基合金纳米颗粒修饰三维多孔氮掺杂石墨烯复合材料。本发明能够通过控制反应条件制备出一系列铁基合金纳米颗粒修饰三维多孔氮掺杂石墨烯基复合材料，方法新颖，生产周期短，成本低，可重复性强且可大规模制备，对石墨烯基金属复合材料的制备具有重要借鉴作用，亦在储能、催化等领域具有广阔应用前景。

Description

铁基合金纳米颗粒修饰三维多孔氮掺杂石墨烯的制备方法
技术领域
本发明属于功能纳米材料领域，具体涉及一种铁基合金纳米颗粒修饰三维多孔氮掺杂石墨烯复合材料的制备方法。
背景技术
石墨烯作为一种新型的碳材料，因其具有十分优异的物理性能、机械性能，电子性能等优势而在电子设备、传感器、催化剂、储能及金属复合材料等领域得到了广泛的研究。制备石墨烯的传统方法有机械剥离法、氧化还原法、化学气相沉积法，电解法等，但是这些方法制备的石墨烯产量较小且成本高，部分方法也会带来环境问题；在催化材料及电磁波吸收材料领域，二维堆垛形式的石墨烯片存在诸多局限性。因此，三维多孔石墨烯因其具有更多的活性位点及更大的比表面积而更具前景。近期，高温化学发泡法合成三维石墨烯已经成为一种行之有效且新颖的合成技术，通过化学发泡法制备出的三维石墨烯具有诸多优于二维石墨烯的特性，然而缺乏微观结构修饰的三维石墨烯在某些领域的应用也受到限制，如单原子催化。故需对三维石墨烯的微观结构进行更深一步的改进，铁基合金纳米颗粒修饰的二维石墨烯由于具有优异的性能而备受关注，然而铁基合金纳米颗粒修饰的二维石墨烯却无法发挥出三维石墨烯的优异特性；此外，对石墨烯进行氮掺杂改性以提高其电学性能也十分重要。因此，可控制备出特定形貌和高比表面积的铁基合金纳米颗粒修饰三维多孔氮掺杂石墨烯复合材料，对于石墨烯基金属复合材料的发展具有极其重要的理论和实际意义。经文献调研，未见原位高温化学发泡法制备铁基合金纳米颗粒修饰三维多孔氮掺杂石墨烯复合材料的报道。
发明内容
本发明提供了一种简单、高效、低成本、规模化原位制备铁基合金纳米颗粒修饰三维多孔氮掺杂石墨烯复合材料方法。
一种铁基合金纳米颗粒修饰三维多孔氮掺杂石墨烯的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)将九水硝酸铁、其他金属硝酸盐(硝酸钴，硝酸镍，硝酸铝，硝酸镁，硝酸锰，硝酸铬等)和聚乙烯吡咯烷酮分别溶解在去离子水中配成混合溶液，超声搅拌5～10min，其中九水硝酸铁、其他金属硝酸盐和聚乙烯吡咯烷酮质量比为(0.5-1.4)：(0.1～1.0)：1。
2)将混合溶液置于鼓风干燥箱中保温直至完全干燥，随后研磨成粉。
3)将研磨好的粉体转移至坩埚中，然后将坩埚置于管式炉中在Ar氛围中以1～20℃/min的升温速率加热至600～800℃，并保温1～2h，待管式炉冷却至室温后，收集黑色泡沫状产物，即为铁基合金纳米颗粒修饰三维多孔氮掺杂石墨烯复合材料。
进一步地，所述步骤1)中九水硝酸铁、其他金属硝酸盐和聚乙烯吡咯烷酮质量比优选为(0.8～1.4)：(0.1～0.7)：1。
进一步地，所述步骤2)中的干燥温度为70～80℃。
进一步地，所述步骤3)所制备的三维多孔石墨烯复合材料的孔径均为5～15μm左右，且石墨烯片由交联的三维石墨骨架支撑；铁基合金纳米颗粒尺寸为20～40nm。
本发明所提出的一种铁基合金纳米颗粒修饰三维多孔氮掺杂石墨烯复合材料的规模化原位制备方法，尚未见文献和其它方面报道。制备方法简单，方法新颖，生产周期短，可规模化制备。而铁基合金纳米颗粒修饰的三维多孔氮掺杂石墨烯复合材料由于具有特殊的三维结构和纳米级铁基合金颗粒修饰，不仅能够显著提高其比表面积，也能抑制石墨烯的堆叠，同时具有质量轻盈的特性，使其有希望在催化、储能和吸波材料领域得到广泛的应用。
该方法具有以下优点：
1)方法简单易操作，成本低，可规模化制备，重复性好；制备出来的三维多孔氮掺杂石墨烯基材料形貌保持好，对其它相关的石墨烯基材料的合成调控具有指导意义。
2)可以通过对九水硝酸铁的含量、其他金属硝酸盐的含量以及升温速率的调控直接进行形貌调控制备不同的铁基合金纳米颗粒修饰三维多孔氮掺杂石墨烯复合材料。
附图说明
图1为本发明制备的铁钴合金纳米颗粒修饰三维多孔氮掺杂石墨烯复合材料(a)和铁镍合金纳米颗粒修饰三维多孔氮掺杂石墨烯复合材料(b)的XRD图谱。
图2为本发明制备的铁钴合金纳米颗粒修饰三维多孔氮掺杂石墨烯复合材料(a)和铁镍合金纳米颗粒修饰三维多孔氮掺杂石墨烯复合材料(b)的FESEM照片。
图3为本发明制备的铁钴合金纳米颗粒修饰三维多孔氮掺杂石墨烯复合材料的AFM照片(a)和线扫曲线(b)，铁镍合金纳米颗粒修饰三维多孔氮掺杂石墨烯复合材料的AFM照片(c)和线扫曲线(d)。
图4为本发明制备的铁钴合金纳米颗粒修饰三维多孔氮掺杂石墨烯复合材料(a)和铁镍合金纳米颗粒修饰三维多孔氮掺杂石墨烯复合材料的TEM照片。
图5为本发明制备的铁钴合金纳米颗粒修饰三维多孔氮掺杂石墨烯复合材料和铁镍合金纳米颗粒修饰三维多孔氮掺杂石墨烯复合材料的XPS-N1s图谱，分峰拟合结果表明石墨烯基体中存在三种类型的氮元素，即吡啶氮，石墨氮和吡咯氮，氮元素本质上是来源于聚乙烯吡咯烷酮。
具体实施方式
实施例一
按质量比1:0.8:0.7称量聚乙烯吡咯烷酮粉末、九水硝酸铁和六水硝酸钴，并将聚乙烯吡咯烷酮粉末、九水硝酸铁和六水硝酸钴分别溶解在去离子水中配成混合溶液超声搅拌10min，然后将混合溶液置于鼓风干燥箱中80℃保温直至完全干燥，再将干燥后的产物研磨成粉体并将粉体转移至坩埚中，坩埚置于管式炉中在Ar氛围中以5℃/min的升温速率加热至700℃，保温1h，待管式炉冷却后收集黑色泡沫状产物，得到铁钴合金纳米颗粒修饰三维多孔氮掺杂石墨烯复合材料。
实施例二
按质量比1:1.0:0.5称量聚乙烯吡咯烷酮粉末、九水硝酸铁和六水硝酸钴，并将聚乙烯吡咯烷酮粉末、九水硝酸铁和六水硝酸钴分别溶解在去离子水中配成混合溶液超声搅拌10min，然后将混合溶液置于鼓风干燥箱中80℃保温直至完全干燥，再将干燥后的产物研磨成粉体并将粉体转移至坩埚中，坩埚置于管式炉中在Ar氛围中以5℃/min的升温速率加热至700℃，保温1h，待管式炉冷却后收集黑色泡沫状产物，得到铁钴合金纳米颗粒修饰三维多孔氮掺杂石墨烯复合材料。
实施例三
按质量比1:1.3:0.2称量聚乙烯吡咯烷酮粉末、九水硝酸铁和六水硝酸钴，并将聚乙烯吡咯烷酮粉末、九水硝酸铁和六水硝酸钴分别溶解在去离子水中配成混合溶液超声搅拌10min，然后将混合溶液置于鼓风干燥箱中80℃保温直至完全干燥，再将干燥后的产物研磨成粉体并将粉体转移至坩埚中，坩埚置于管式炉中在Ar氛围中以5℃/min的升温速率加热至700℃，保温1h，待管式炉冷却后收集黑色泡沫状产物，得到铁钴合金纳米颗粒修饰三维多孔氮掺杂石墨烯复合材料。
实施例四
按质量比1:1.3:0.2称量聚乙烯吡咯烷酮粉末、九水硝酸铁和六水硝酸钴，并将聚乙烯吡咯烷酮粉末、九水硝酸铁和六水硝酸钴分别溶解在去离子水中配成混合溶液超声搅拌10min，然后将混合溶液置于鼓风干燥箱中80℃保温直至完全干燥，再将干燥后的产物研磨成粉体并将粉体转移至坩埚中，坩埚置于管式炉中在Ar氛围中以1℃/min的升温速率加热至700℃，保温1h，待管式炉冷却后收集黑色泡沫状产物，得到铁钴合金纳米颗粒修饰三维多孔氮掺杂石墨烯复合材料。
实施例五
按质量比1:1.3:0.2称量聚乙烯吡咯烷酮粉末、九水硝酸铁和六水硝酸钴，并将聚乙烯吡咯烷酮粉末、九水硝酸铁和六水硝酸钴分别溶解在去离子水中配成混合溶液超声搅拌10min，然后将混合溶液置于鼓风干燥箱中80℃保温直至完全干燥，再将干燥后的产物研磨成粉体并将粉体转移至坩埚中，坩埚置于管式炉中在Ar氛围中以10℃/min的升温速率加热至700℃，保温1h，待管式炉冷却后收集黑色泡沫状产物，得到铁钴合金纳米颗粒修饰三维多孔氮掺杂石墨烯复合材料。
实施例六
按质量比1:0.8:0.7称量聚乙烯吡咯烷酮粉末、九水硝酸铁和六水硝酸镍，并将聚乙烯吡咯烷酮粉末、九水硝酸铁和六水硝酸镍分别溶解在去离子水中配成混合溶液超声搅拌10min，然后将混合溶液置于鼓风干燥箱中80℃保温直至完全干燥，再将干燥后的产物研磨成粉体并将粉体转移至坩埚中，坩埚置于管式炉中在Ar氛围中以10℃/min的升温速率加热至700℃，保温1h，待管式炉冷却后收集黑色泡沫状产物，得到铁镍合金纳米颗粒修饰三维多孔氮掺杂石墨烯复合材料。
实施例七
按质量比1:1.3:0.2称量聚乙烯吡咯烷酮粉末、九水硝酸铁和六水硝酸镍，并将聚乙烯吡咯烷酮粉末、九水硝酸铁和六水硝酸镍分别溶解在去离子水中配成混合溶液超声搅拌10min，然后将混合溶液置于鼓风干燥箱中80℃保温直至完全干燥，再将干燥后的产物研磨成粉体并将粉体转移至坩埚中，坩埚置于管式炉中在Ar氛围中以10℃/min的升温速率加热至700℃，保温1h，待管式炉冷却后收集黑色泡沫状产物，得到铁镍合金纳米颗粒修饰三维多孔氮掺杂石墨烯复合材料。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (3)

1.一种铁基合金纳米颗粒修饰三维多孔氮掺杂石墨烯的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
a.将九水硝酸铁、其他金属硝酸盐和聚乙烯吡咯烷酮分别溶解在去离子水中配成混合溶液，超声搅拌5～10min，其中九水硝酸铁、其他金属硝酸盐和聚乙烯吡咯烷酮质量比为(0.5-1.4)：(0.1～1.0)：1；其他金属硝酸盐为硝酸钴，硝酸镍，硝酸铝，硝酸镁，硝酸锰，硝酸铬；
b.将混合溶液置于鼓风干燥箱中保温直至完全干燥，随后研磨成粉；
c.将研磨好的粉体转移至坩埚中，然后将坩埚置于管式炉中在Ar氛围中以1～20℃/min的升温速率加热至600～800℃，并保温1～2h，待管式炉冷却至室温后，收集黑色泡沫状产物，即为铁基合金纳米颗粒修饰三维多孔氮掺杂石墨烯复合材料；
所述步骤c中所制备的三维多孔石墨烯复合材料的孔径均为5～15μm，且石墨烯片由交联的三维石墨骨架支撑，铁基合金纳米颗粒尺寸为20～40nm。
2.根据权利要求1所述的铁基合金纳米颗粒修饰三维多孔氮掺杂石墨烯的制备方法，其特征在于所述步骤a中九水硝酸铁、其他金属硝酸盐和聚乙烯吡咯烷酮质量比为(0.8～1.4)：(0.1～0.7)：1。
3.根据权利要求1所述的铁基合金纳米颗粒修饰三维多孔氮掺杂石墨烯的制备方法，其特征在于所述步骤b中的干燥温度为70～80℃。
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CN106848303A (zh) * 2017-01-17 2017-06-13 陕西科技大学 一种石墨烯负载石墨碳包覆四氧化三铁锂离子电池负极材料的制备方法

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