[发明专利]一种阳极剥离石墨制备氮化石墨烯的方法

说明书

本发明提供了一种阳极剥离石墨制备氮化石墨烯的方法。本发明方法包括：以石墨为阳极，甘氨酸氨水溶液为电解液，进行电解；将产物预处理后，进行过滤、洗涤，以及干燥，得到氮化石墨烯。本发明中，采用电化学阳极剥离石墨电极的方法制备氮化石墨烯，操作工艺简便，且不会产生污染，原料成本低，生产流程短，适于工业化生产；同时，由本发明方法所制备的氮化石墨烯氧化程度低，缺陷小，电化学性能优异，能够应用于能源、环境等诸多领域中，特别是能够作为电极材料而应用于储能器件中。

技术领域

本发明涉及石墨烯材料领域，具体而言，涉及一种阳极剥离石墨制备氮化石墨烯的方法。

背景技术

随着人们对于能源和环境问题的日益关注，新能源和新型储能材料的开发是解决目前问题的关键。电动汽车、航天领域和现代化装备对高性能二次电池的能量密度要求越来越高，已经超出了当前电池的承载能力。此外，由于微电子技术的迅猛发展，作为后备电源的陶瓷及氧化铝介质的物理电容已难以满足日益增长的储能要求。在此背景下，功率密度和能量密度介于传统电容器和二次电池间的新型储能单元—超级电容器，就成为了研究热点。

超级电容器又称电化学电容器，具有传统电池无可比拟的高功率、长循环寿命、无污染等特点，已在移动交通工具、移动通讯、消费电子，以及航空航天等各个领域得到了广泛的应用。作为动力电池的备用电源，超级电容器能很好的满足电动汽车在启动、爬坡、加速时对瞬时功率的要求。而与动力电池结合使用时，超级电容器可充当能量缓冲器，减少大电流充放电对电池的损害，延长电池寿命，同时还可将刹车时产生的瞬间能量通过再生制动系统存储于电容器中，能量回收利用率高达70％。但是，由于超级电容器能量密度在相同条件下仅仅达到电池能量密度的5～10％，因而在很多能源存储和释放实际应用中，超级电容器目前只会被视为电池的补给，而不能做替代品。由此可见，过低的能量密度己经成为超级电容器应用和发展的主要制约因素。因此，如何提高超级电容器的能量密度和电池相当甚至更高，成为了其研究利用的难点。

石墨烯是以SP²杂化碳原子按照蜂窝状排列而成的、以一个原子厚度存在的二维石墨片，是构建其他维数碳质材料，如零维富勒烯、一维碳纳米管、三维石墨的基本单元。研究表明由于其特殊的电子特性，诸如室温量子霍尔效应，无损输运，与高强度等力学特性，使得石墨烯成为理想的双电层电容器电极材料。

目前，石墨烯材料的主要制备方法包括：电化学沉积、模板法，以及化学气相沉积法，然而，这些方法均存在一定的缺点，例如所制备的石墨烯缺陷程度高、制备过程复杂、成本高、耗时长，以及不易操作等。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种阳极剥离石墨制备氮化石墨烯的方法，本发明方法原料简单易得，操作便捷，成本低，工艺简单适于规模化生产，且制得的产品电学性能优异。

本发明的第二目的在于提供一种由本发明方法所制得的氮化石墨烯。

本发明的第三目的在于提供一种本发明氮化石墨烯的应用。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种阳极剥离石墨制备氮化石墨烯的方法，包括：以石墨为阳极，甘氨酸氨水溶液为电解液，进行电解；将产物预处理后，进行过滤、洗涤，以及干燥，得到氮化石墨烯。

优选的，本发明所述的阳极剥离石墨制备氮化石墨烯的方法中，以Pt为阴极材料。

优选的，本发明所述的阳极剥离石墨制备氮化石墨烯的方法中，所述甘氨酸氨水溶液中，甘氨酸的浓度为0.1～0.5mol/L；

和/或，氨水的浓度为25～28％。

优选的，本发明所述的阳极剥离石墨制备氮化石墨烯的方法中，所述电解为恒压电压电解；其中，电解的电压为8～15V；