[发明专利]点片结构碳量子点-石墨烯纤维及制备和应用

权利要求书

1.点片结构碳量子点-石墨烯纤维，其特征在于：以碳量子点为纳米填料，分散于石墨烯片层之间得到0维-2维的点片结构碳量子点-石墨烯纤维，点片结构碳量子点-石墨烯纤维组分构成：石墨烯材料基体100质量份，碳量子点1～50质量份；纤维直径为20～1000微米；纤维比表面积在350m²g^-1～800m²g^-1；纤维拉伸强度在55～1000Mpa范围；电导率范围5538～50283S/m。

2.一种制备如权利要求1所述的点片结构碳量子点-石墨烯纤维的方法，其具体步骤如下：

1)以天然石墨片为原料，按照改进Hummers法制备氧化石墨烯水溶液，经高速离心浓缩后，得到8～20mg/mL的氧化石墨烯分散液；

2)将占石墨烯质量为1～50％的碳量子点加入到上述氧化石墨烯分散液中，混合制得碳量子点和氧化石墨烯混合分散液；将其通过针头注射到圆柱形微通道中并将两端密封，加热预还原得到碳量子点掺杂石墨烯纤维；

3)将步骤2)中的圆柱形细长管道冷却后打开两端密封，烘干得到干燥的碳量子点掺杂氧化石墨烯纤维；

4)将干燥的碳量子点掺杂氧化石墨烯纤维置于管式炉中，在连续的惰性气体保护下加热至400～1200℃并保温，得到点片结构碳量子点-石墨烯纤维。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤1)中所述的天然石墨片尺寸为100～500目；离心转速为8000～13000rpm，离心时间为30～60分钟。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤2)中所述的碳量子点为含锌碳量子点。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤2)中所述的加热预还原程序为：先在60～100℃温度下加热2～6h，然后在120～220℃温度下水热反应3～6h。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤3)中烘干温度为50～100℃。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤4)中所述的惰性气体为氩气或氮气；气体流速为20～1000sccm；步骤4)中管式炉的升温速率为0.5～10℃/min。保温时间为1～5h。

8.一种如权利要求1所述的点片结构碳量子点-石墨烯纤维在制备柔性超级电容器方面的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其具体步骤如下：将两根碳量子点-石墨烯纤维相隔1～30毫米间距平行固定于基底上，每根纤维突出的一端用导电银胶将其与金属导线连接，纤维中间部分涂覆包裹凝胶电解质溶液，自然风干得到点片结构碳量子点-石墨烯纤维固态凝胶电解质超级电容器。

10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于所述的基底为玻璃片或聚对苯二甲酸乙二醇酯透明弹性塑料薄膜中的一种；所述的凝胶电解质为酸体系或者离子液体体系两类凝胶电解质，其中酸体系凝胶电解质所用的酸为磷酸或硫酸，所用的凝胶电解质骨架聚合物为聚乙烯醇；离子液体体系凝胶电解质所用的离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐或者1-乙基-3-甲基咪唑甲磺酰亚胺盐。