[发明专利]一种通过纳米粒子掺杂制备三维石墨烯的方法

权利要求书

1.一种通过纳米粒子掺杂制备三维石墨烯的方法，其特征在于采用纳米粒子附载的方式来制备三维石墨烯，包括以下步骤：

（1）氧化石墨烯的制备

以石墨为原料，用Hummers法制备氧化石墨烯；

（2）氧化石墨烯掺杂纳米粒子

将一定量的氧化石墨超声均匀分散于水溶液中，配置成一定浓度为的氧化石墨烯溶液；利用一定量的活化剂处理纳米粒子，将处理好的纳米粒子加入到氧化石墨烯溶液中搅拌，得到掺杂纳米粒子的氧化石墨烯溶液；

（3）三维网状石墨烯的制备

将步骤（2）中得到的掺杂纳米粒子的氧化石墨烯溶液，放入聚四氟乙烯反应釜中，利用水热反应，氧化石墨烯片层之间通过自组装反应形成三维网状石墨烯，此时，纳米粒子将被掺杂在三维石墨烯网状结构中，进而来改善三维石墨烯的性能，并可通过调节反应温度和氧化石墨烯的浓度，并在各温度条件下反应4-16 h，形成开孔、闭孔的三维石墨烯。

2.根据权利要求1所述的三维石墨烯的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的氧化石墨烯的浓度为1-100 mg/ml。

3.根据权利要求1所述的三维石墨烯的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的活化剂包括浓硫酸、浓硝酸、浓盐酸和糖类还原剂中任意一种或多种的混合物，活化剂的用量为氧化石墨用量的5 wt%~50 wt%。

4.根据权利要求1所述的三维石墨烯的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的纳米粒子包括碳纳米材料、金属氧化物纳米粒子、金属阳离子纳米粒子和多糖纳米粒子中任意一种，纳米粒子的用量为氧化石墨用量的5 wt%~150 wt%。

5.根据权利要求1或3所述的三维石墨烯的制备方法，其特征在于：所述的碳纳米材料包括碳纳米管（CNT）、富勒烯、碳纤维中任意一种或多种的混合物；金属氧化物纳米粒子包括SnO₂、TiO₂、MnO₂、MoS₂、Al₂O₃和Fe₂O₃中任意一种或多种的混合物；金属阳离子纳米粒子包括Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、Mn²⁺、Cu²⁺、Ag⁺、Al³⁺和Fe³⁺中任意一种或多种的混合物；多糖纳米粒子包括可得然胶、壳聚糖、葡萄糖酸钙中任意一种。

6.根据权利要求1所述的三维石墨烯的制备方法，其特征在于：步骤（2）或（3）中所述的纳米粒子的掺杂方式为物理吸附或化学键连接。

7.根据权利要求1所述的三维石墨烯的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的水热反应的温度为60~200℃，溶液的浓度为1~50 mg/ml。