[发明专利]一种氮掺杂石墨烯膜其制备方法

说明书

本发明公开了一种氮掺杂石墨烯膜的制备方法。该石墨烯膜具有高度氮掺杂且电化学性能相对稳定的特点，其作为超级电容器电极材料使用时，若以1M H₂SO₄水溶液为电解质，质量比容量为600F g^‑1左右，相应地比能量密度约为14.0Wh kg^‑1。其电化学稳定性体现在，与一般的赝电容复合材料相比，它在16000圈的充放电循环内，容量保持率仍高于95％。相比于其它取代位的氨基苯酚，如3‑氨基苯酚和4‑氨基苯酚，由2‑氨基苯酚修饰得到的氮杂石墨烯膜具有更加优异的电化学性能。在新能源交通领域及便携式储能器件中具有较大的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种利用2-氨基苯酚进行修饰的氮掺杂石墨烯膜及其制备方法。

背景技术

石墨烯由于质量轻、比表面积和导电率高、且物理化学性质稳定等特点，已成为理想的超级电容器电极材料之一，被广泛地应用于各种新型电化学储能器件中(EnergyEnvironmental Science,2011,4(4):1113-1132)。

基于双电层电容机理(EDLC)的石墨烯基超级电容器其能量密度普遍较低(Small,2012,8(12):1805-1834)。对石墨烯进行杂原子掺杂(B、N、O、S、P)或将其与金属氧化物、导电聚合物复合可引入赝电容，有效提升其能量密度(EnergyEnvironmental Science,2013,6(5):1388-1414；Nanotechnology,2015,26(49):492001)。然而大多数石墨烯电极材料在引入赝电容组分后，受限于氧化还原反应可逆性及原先导电网络结构变化等原因，通常会导致其电化学稳定性下降，进而影响其循环寿命(Chemistry of Materials,2010,22(4):1392-1401)。研发同时具备高能量密度和长循环寿命的掺杂石墨烯或其复合材料，对于进一步促进其在超级电容器领域中的应用具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种氮掺杂石墨烯膜其制备方法。

本发明通过以下技术方案实现：一种氮掺杂石墨烯膜的制备方法，通过邻位氨基苯酚对石墨烯膜进行修饰得到，氮元素掺杂浓度5.12～5.82at％。

进一步地，包括以下步骤：

(1)以浓度为10～20mg g^-1的氧化石墨烯分散液进行湿法纺膜或刮膜，膜厚度10～500μm。

(2)得到的氧化石墨烯膜在凝固浴中浸泡0.5小时以上。所述凝固浴由氯化钙、水按照质量比3～10：100组成。

(3)将氧化石墨烯膜置于装有0.5～1.5mmol L^-1的2-氨基苯酚水溶液的水热釜中进行水热处理，温度为100～180℃，时间为2～8小时。

(4)用乙醇和水依次洗涤产物，得到2-氨基苯酚修饰的石墨烯膜。

进一步地，所述步骤1中，氧化石墨烯分散液的浓度优选为15mg g^-1。

进一步地，所述步骤2中，凝固浴中浸泡时间优选为0.5小时。

进一步地，所述步骤2中，凝固浴中氯化钙和水的质量比例优选为5:100。

进一步地，所述步骤3中，2-氨基苯酚的浓度优选为1.0mmol L^-1。

进一步地，所述步骤3中，水热处理的温度优选为125℃，时间优选为5小时。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：