[发明专利]一种氮掺杂三维石墨烯的制备方法

说明书

本发明公开了一种氮掺杂三维石墨烯的制备方法，解决了现有技术中的方法具有成本较高且制备出的成品含水量还是偏高的问题。本发明包括(1)除杂：在湿法磷酸中，用CaCO3进行脱硫，用NaOH进行脱氟，再用KOH中和，使料浆的PH＝6.5，过滤；(2)滤液中再加入热法磷酸反应，反调PH，使溶液PH＝1.8～2.2，最后再浓缩，结晶，离心得到酸式磷酸钾。本发明生产的酸式磷酸钾新产品的产品指标达到国外水平，含水率降低到0.2％以下；并且使湿法磷酸收率达到75％以上，热法磷酸收率98％以上，氢氧化钾收率98％以上，效果十分显著。

技术领域

本发明涉及无机非金属材料技术领域，具体涉及一种氮掺杂三维石墨烯的制备方法。

背景技术

石墨烯具有电导率、大的比表面积以及超高电容，是一种理想的储能电极材料。但由于石墨烯的稳定性以及结构完整性，导致了石墨烯表面难以被电解液完全浸润，从而影响石墨烯的电化学性能。

一般而言，除材料的组成和结构之外，维数在决定材料结构也起到了至关重要的作用。据报道，多孔石墨烯材料不仅可以提高材料的比表面积，同时增大其电容，而且可以调控载流子的流量。由于基多孔结构，在电极材料中有利于电解液的浸润和亲疏水性能，一定程度上提高了电极材料的电学性能，亦可作为电化学储锂和储镁的电极材料。

由于氮原子半径与碳原子接近，通过掺杂石墨烯可以破坏石墨烯结构的完整性，通过掺杂过程中调控原子掺杂过程，可以改变石墨烯材料结构，获得二维、三维的碳材料。石墨烯经氮掺杂后会影响碳原子的自旋密度和电荷分布，能带结构会有调整，导致石墨烯表面产生“活性位点”，这些活性位点使得材料电化学活性得到明显提高；而多维结构材料类似海绵，能有效提高其电容量。CN201510289262公布了一种三维氮掺杂石墨烯/二硫化钼复合物及其制备方法，以CaC2O4为致孔剂，双功能试剂硫代乙酰胺提供氮源和硫源，合成了三维掺氮石墨烯/二硫化钼复合材料(3D G-N/MoS2)。CN 104475172 A公布了一种以氧化石墨烯、杂原子前驱体、非贵金属盐和模板剂为基础的三维石墨烯制备方法，这些方法虽然都能获得三维结构的石墨，但存在以下不足：

(1)在制备过程均以金属为基板，导致石墨烯材料中存在部分金属离子，影响电极材料的电容及电学性能；

(2)石墨烯材料结构中三维构建不显著，电学性能改变不明显；

(3)该类方法中石墨烯的产率不高，同时由于环境及工艺过程，工业化过程中环境方面有一定影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有技术中的方法制备获得三维石墨烯材料电学性能改变不明显、成本较高的问题，本发明提供了一种氮掺杂三维石墨烯的制备方法，该方法获得的成品的三维构建十分显著，电学性能改变明显；本发明在水热法中以FeCl₃来替代贵重金属基模板，节约生产成本，也避免了制备过程金属残留在产品中，同时FeCl₃对环境友好，对生产设备及操作环境影响小。

本发明通过下述技术方案实现：

一种氮掺杂三维石墨烯的制备方法，包括：

(1)获得氧化石墨烯；

(2)再在氧化石墨烯的还原过程中加入FeC1₃.2H₂0为主造孔剂，在75～85℃水热反应后通过充分洗涤，置于500～800℃纯氮气氛下的热处理炉中热解2～5小时，即可获得氮掺杂三维石墨烯。