[发明专利]一种结晶纳米孔石墨烯、制备及氧掺杂结晶纳米孔石墨烯

说明书

本发明涉及一种结晶纳米孔石墨烯、制备及氧掺杂结晶纳米孔石墨烯，属于催化剂领域。所述结晶纳米多孔石墨烯属于六方晶系，空间群为：P₆/mmm，晶胞参数为：a＝12.8902和比表面积为400～800m²/g，孔径为0.4～0.5nm。所述结晶纳米多孔石墨烯同时具备良好的导电性以及丰富的活性位点。在进行可控的氧化后，可以在结晶纳米多孔石墨烯的活性位点上引入了具有催化功能的氧官能团。通过可控的氧化修饰，氧官能团的种类以及含量均可以精细调控，得到的氧掺杂结晶纳米孔石墨烯可作为电催化剂用于合成双氧水，所述电催化剂具有高的选择性和催化活性。

技术领域

本发明涉及一种结晶纳米孔石墨烯、制备及氧掺杂结晶纳米孔石墨烯，属于催化剂领域。

背景技术

双氧水是一种重要的有机化学中间体。目前世界范围内，每年约生产四百万吨以上，被广泛的应用在消毒、漂白、液体推进剂等领域。当前工业上双氧水的制备主要依赖高耗能、复杂的蒽醌工艺。近年来，利用贵金属直接催化氢气和氧气反应制备双氧水也受到了广泛的关注，但需要使用危险的氢气和氧气混合气，这限制了其工业应用。通过电催化的方法制备双氧水，不但具有较低的能耗，而且可以实现便携式的制备。通过电催化现场制备双氧水，不但可以减少高浓度双氧水运输过程中的危险，而且可以提高双氧水的使用效率。然而，当前制备双氧水的电催化剂主要是贵金属及其合金，存在价格昂贵、选择性和活性不足且稳定性差等缺点。基于杂原子掺杂的结晶纳米孔碳材料具有三维有序的孔结构，良好的导电性以及丰富的催化位点是一类性能优良的电催化剂。2017年，Kian Ping Loh等人将含氮的单体2-TBQP通过真空升华的方法培养单晶，将所的单晶在520℃下加热脱溴得到了含有氮杂的结晶纳米孔石墨烯材料，所得材料表现出优异的钠离子存储性能。通过培养单晶的方法实现单体限域，进而制备纳米结晶多孔石墨烯，需要能够利于单晶生长的单体，因而难以合成不同结构和功能的材料，同时单晶生长的方法限制了其放大制备。2018年，Moreno等人将二苯基-10,10'-二溴-9,9'-联二蒽(DP-DBBA)在10^-9Mbar超高真空条件下，气相沉积到Au(111)基底上，得到了具有有序纳米孔道的单层石墨烯。然而这类气相沉积方法，单体合成过程繁琐，需要的设备复杂，成本较高，而且难以放大。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种结晶纳米孔石墨烯、制备及氧掺杂结晶纳米孔石墨烯。所述结晶纳米孔石墨烯具有二维扩展的共轭平面，高度集中的孔径分布。所述结晶纳米孔石墨烯通过将多环卤代芳烃经加压预组织、加热退火得到有序组装的前驱体，随后通过加热脱卤素聚合得到。所述结晶纳米孔石墨烯通过可控的氧化可以得到氧掺杂的结晶纳米孔石墨烯。所述氧掺杂的结晶纳米孔石墨烯电催化剂具有规则的孔道结构，良好的导电性以及丰富的催化位点，可作为电催化剂使用。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种结晶纳米孔石墨烯，具有三个显著的X射线粉末衍射峰，分别为7°，25°和43°，属于六方晶系，空间群为：P₆/mmm，晶胞参数为：和在87K下，Ar气吸附测试得到比表面积为400～800m²/g，孔径分布集中在0.4～0.5nm。

本发明所述的一种结晶纳米孔石墨烯的制备方法，所述方法步骤如下：

(1)将多环卤代芳烃在0.5～3GPa下保压0.5～48h，保压结束后恢复常压，得到前驱体，将所述前驱体升温至200～400℃，保温3～20h，然后降至室温，然后再加热至400～600℃，保温2～10h，得到结晶纳米孔石墨。

优选的，步骤(1)中所述多环卤代芳烃为六卤素取代六苯并蔻。

优选的，步骤(1)中将所述前驱体在1～5℃/min的升温速率下升温至200～400℃；然后以1～5℃/min的降温速率降至室温，然后再以15～30℃/min的升温速率升温至400～600℃。