[发明专利]一种三维结构硫氮共掺杂多级孔石墨烯及其制备方法

权利要求书

1.一种三维结构硫氮共掺杂多级孔石墨烯，其特征在于：石墨烯由径向尺寸为100-300纳米，厚度为3-8纳米的石墨烯纳米片构成，交叉连接形成具有2-50纳米介孔及50纳米以上大孔的三维结构，石墨烯纳米片上具有小于2纳米的微孔；硫氮共掺杂石墨烯中硫元素含量为1-4at.％，氮元素含量为5-15at.％且吡啶氮和吡咯氮含量大于90％，硫和氮位于石墨烯纳米片的边缘或石墨烯纳米片上微孔的边缘。

2.一种权利要求1所述三维结构硫氮共掺杂多级孔石墨烯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将二价金属离子M²⁺的可溶性盐、三价金属离子M'³⁺的可溶性盐及六次甲基四胺混合，溶于脱二氧化碳的去离子水中配制得到混合溶液；在氮气保护下将上述混合溶液与含硫氮有机小分子阴离子A^-的可溶性盐混合，转入水热反应釜中在80-120℃温度下反应8-24小时；将反应后得到的悬浊液过滤，用去离子水洗涤滤饼至滤液pH值为7-7.5，然后将滤饼在50-80℃干燥6-12小时，得到具有插层结构的层状双羟基复合金属氧化物；

(2)在氮气或氩气惰性气氛下，将(1)中插层结构层状双羟基复合金属氧化物以2-10℃/分钟速率升温至700-1000℃煅烧1-10小时，得到煅烧产物；

(3)按照2-5g/L的固液比将(2)中煅烧产物置于稀酸溶液中酸化处理10-40小时，5000-9000转/分钟的转速下离心分离去除溶液，用去离子水将离心分离得到的下层黑色沉淀过滤洗涤至滤液pH值为6.5-7，然后将所得黑色沉淀在50-80℃干燥6-12小时，即得到硫氮共掺杂的多级孔石墨烯。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述二价金属离子M²⁺的可溶性盐为Mg,Co或Ni的硝酸盐、硫酸盐、草酸盐或氯化物中的一种或多种，所述三价金属离子M'³⁺的可溶性盐为Al的硝酸盐、硫酸盐、草酸盐或氯化物中的一种或多种。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述混合溶液中二价金属离子M²⁺与三价金属离子M'³⁺的摩尔比为2-4:1，且二价金属离子M²⁺和三价金属离子M'³⁺的总浓度为0.1-0.4mol/L。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述六次甲基四胺的摩尔数为所述二价金属离子M²⁺和三价金属离子M'³⁺总摩尔数的2倍。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述含硫氮有机小分子阴离子A^-的可溶性盐为间氨基苯磺酸钠、对氨基苯磺酸钠、邻氨基苯磺酸钠中至少一种，且含硫氮有机小分子阴离子A^-与二价金属离子M²⁺的摩尔比为3-4:1。

7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述稀酸溶液为盐酸、硝酸、硫酸中至少一种，稀酸溶液浓度为5-20wt.％。