[发明专利]光照氮掺杂三维石墨烯包覆螺旋碳管复合材料的制备方法

权利要求书

1.一种氮掺杂三维石墨烯包覆螺旋碳管复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：

(1)将8g鳞片石墨与8g硝酸钠混合，加入300-450mL质量百分比浓度为95-99％的浓硫酸浸泡一天；

(2)在步骤(1)所得混合物中缓慢加入48-80g高锰酸钾，将整个体系放入低温恒温反应浴中，保持温度在零摄氏度以下，并磁力搅拌1-3小时；待反应物颜色由黑色变为墨绿色后将反应温度调至30-40℃，反应2-3小时，接着用滴漏斗向反应物中滴加300-400mL水，搅拌10-30分钟；继续加700-900mL水和35-45mL质量百分比浓度为25-35％的双氧水溶液，搅拌10-30分钟，得到亮黄色悬浊液；

(3)将步骤(2)得到的亮黄色悬浊液500-1000转离心30-50分钟，收集沉淀物；将沉淀物去离子水反复清洗直到pH为7,沉淀物与去离子水的质量比为1:(5-10)，每次搅拌浆化洗涤，洗涤温度为60-80℃，得氧化石墨烯；

(4)向步骤(3)所得氧化石墨烯中加入4000mL去离子水，在超声清洗机中清洗1-3小时，最后将分散液转移到真空冷冻干燥机中，对分散液进行冷冻干燥后得蓬松氧化石墨烯；

(5)将1000mL浓度为0.01mol/L的硝酸镍和1000mL浓度为0.03mol/L柠檬酸溶于100-200mL无水乙醇中，水浴锅温度控制在60-70℃，并持续搅拌6-7小时；然后将混合物从水浴锅中取出，放入干燥箱内70-90℃烘烤7-8小时，直至乙醇挥发干净；将残余物在空气氛围下300-400℃煅烧3-5小时，即制得催化剂氧化镍；

(6)将步骤(5)所得的氧化镍粉末均匀涂布在陶瓷板上并置于石英反应管内，在H₂氛围下300-400℃还原氧化镍1-3小时后，将温度升高至400-500℃，并将反应氛围换为C₂H₂，以10-30sccm的流量反应1-2小时；当冷却到室温后，取出即得螺旋碳管；

(7)将200mL分析纯硫酸和100mL分析纯硝酸混合，在水浴锅中80-120℃回流搅拌24小时，使得螺旋碳管表面产生亲水性氧基团，并且残留的镍催化剂被完全去除，之后离心清洗、冷冻干燥得螺旋碳管粉末；

(8)取30-45mg步骤(4)所得蓬松氧化石墨烯粉末分散到2-3mL去离子水中，超声处理2-3小时，得GO分散液；

(9)将30-45mg步骤(7)所得螺旋碳管粉末加入到步骤(8)所得GO分散液中，再超声处理1-2小时，制备HCNTs/GO混合液；

(10)将裁剪好的泡沫镍浸入分析纯盐酸中10-20分钟，使得泡沫镍表面的氧化物被充分蚀刻，之后用无水丙酮超声清洗，将清洗后的泡沫镍用酒精浸泡，然后用去离子水清洗；

(11)将步骤(10)所得泡沫镍浸入步骤(9)所得HCNTs/GO混合液中，使得HCNTs/GO充分填充到泡沫镍孔隙中，室温下晾干，之后再将HCNTs/GO混合液涂覆在泡沫镍表面，室温下晾干，重复3-5次来调控HCNTs/GO在泡沫镍上的负载量；

(12)将步骤(11)涂好电极材料晾干的泡沫镍放入石英管中，石英管上方放置1000w汞灯，频谱范围为200nm至700nm且为单色光或白光光源，光源与石英管距离为1-30cm，在氨气氛围下，照射5-7分钟，进行还原并同时完成掺氮过程，得到氮掺杂三维石墨烯包覆螺旋碳管复合材料。