[发明专利]氮掺杂石墨烯量子点/土元粉基多孔碳复合材料电极、其应用及其制备方法

权利要求书

1.一种氮掺杂石墨烯量子点/土元粉基多孔碳复合材料电极，其特征在于：以土元粉基的碳材料AEPC作为三维碳骨架，将氮掺杂石墨烯量子点N-GQD负载到土元粉基的碳材料AEPC的三维多孔碳纳米阵列上，构筑氮掺杂石墨烯量子点/土元粉基多孔碳复合材料电极材料，形成具有N-GQD/AEPC的自支撑复合结构的碳复合材料电极；所述土元粉基碳材料AEPC的制备方法包括如下步骤：

(1)土元粉预处理：

将土元粉进行清洗去杂质处理，然后通过离心处理，收集土元粉；随后将清洗分离完毕后的洁净的土元粉用酸进行酸化处理，再通过离心法收集酸化处理后的土元粉，并且用去离子水洗涤数次直至土元粉中性，然后将土元粉放入烘箱中进行烘干，完成土元粉预处理工过程，备用；

(2)土元粉基碳材料AEPC的制备：

取在所述步骤(1) 中完成预处理的土元粉作为三维碳骨架材料，以KOH作为化学活化剂，在研钵充分研磨使土元粉和KOH进行混合，然后将混合物转移到瓷舟中并放入高温管式炉中进行碳化处理，在碳化处理完毕后，依次用稀盐酸溶液和去离子水洗涤；最后经抽滤后，将收集的固形物放入烘箱烘干，得到活化过的土元粉基碳材料AEPC。

2.根据权利要求1所述氮掺杂石墨烯量子点/土元粉基多孔碳复合材料电极，其特征在于：以土元粉作为前驱物，以KOH作为化学活化剂，经过共碳化处理后，再用稀盐酸溶液刻蚀去除金属离子，制备出土元粉基的碳材料AEPC；采用碱催化水相分子融合法，制备氮掺杂石墨烯量子点N-GQD，通过电沉积方法，将氮掺杂石墨烯量子点N-GQD负载到土元粉基的碳材料AEPC三维多孔碳纳米阵列上，构筑氮掺杂石墨烯量子点/土元粉基多孔碳复合材料电极材料，形成具有N-GQD/AEPC的自支撑复合结构的碳复合材料电极；采用碱催化水相分子融合法，进行氮掺杂石墨烯量子点N-GQD溶液的制备时，具体步骤为：

①把1g芘在搅拌条件下缓慢加入60-90mL的浓度不低于8M的浓硝酸中，在60-80℃下进行回流反应25-35h，冷却室温后取出，得到反应物溶液；

②将在所述步骤①中所得反应物溶液加入冰水溶液中，采用真空抽滤，用蒸馏水洗涤至滤液pH值到7，得到菊黄色固体材料；

③将在所述步骤②中洗涤后的菊黄色固体材料在不少于160mL蒸馏水中进行超声分散至少2h，得到分散液；

④取不少于40mL在所述步骤③中制备的分散液放入反应釜中，再向反应釜加入4mL的水合肼，在170-210℃温度下进行反应10-24h；然后冷却至室温后，将产物溶液过滤，收集过滤后的原溶液，得到氮掺杂石墨烯量子点N-GQD溶液。

3.一种权利要求1所述氮掺杂石墨烯量子点/土元粉基多孔碳复合材料电极的应用，其特征在于：分别取两片N-GQD/AEPC电极材料，以浓度不低于1M的H₂SO₄溶液为电解质，组装成对称型N-GQD/AEPC超级电容器。