[发明专利]杂原子掺杂表面带孔石墨烯材料及其制备与应用和装置

摘要

本发明属于电化学领域，公开了一种杂原子掺杂表面带孔石墨烯材料及其制备与应用和专用装置。所述方法为将浓HNO3加入氧化石墨烯水溶液中，密封，超声反应，静置，倒入去离子水中，离心，过滤，干燥，得到表面带孔氧化石墨烯；然后将表面带孔氧化石墨烯置于等离子体高温管式反应器中，抽真空，通入保护性气体及杂原子掺杂源化合物升温，打开射频电源，等离子体放电10～60min，关闭射频和加热电源，停止通入杂原子掺杂源化合物，冷却，得到杂原子掺杂的表面带孔石墨烯材料。所制备的材料具有较好的氧还原催化活性和抗毒化作用，应用于质子交换膜燃料电池、直接醇类燃料电池和金属‑空气电池阴极材料领域。

主权项

一种杂原子掺杂表面带孔石墨烯材料的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：(1)表面带孔氧化石墨烯的合成将水加入氧化石墨烯中，超声分散，得到氧化石墨烯溶液；然后在搅拌条件下，向装有氧化石墨烯溶液的容器中加入浓HNO3，容器密封，超声反应，静置后，倒入去离子水中，离心去酸，纯化，过滤，干燥，得到表面带孔氧化石墨烯，备用；(2)杂原子掺杂表面带孔石墨烯的等离子体法制备将10mg～100mg表面带孔氧化石墨烯置于等离子体高温管式反应器中，采用机械泵抽真空降压至0.1～5Pa，再采用分子泵继续抽真空至10‑4～10‑3Pa，通入保护性气体及杂原子掺杂源化合物至压强为0.1～20Pa，将等离子体高温管式反应器升温到300～600℃，打开射频电源，在射频功率为200～600W的条件下，等离子体放电10～60min，然后关闭射频和加热电源，停止通入杂原子掺杂源化合物，冷却至室温后，得到一种杂原子掺杂的表面带孔石墨烯材料；步骤(1)中所述超声反应的频率为20～100KHz、超声反应的功率为40～1000W；超声反应的温度为4℃～60℃，超声反应时间为0.5～10h；步骤(1)中所述静置时间为1～3h；步骤(2)中所述杂原子掺杂源化合物为气态杂原子化合物，所述杂原子为氮、硫、磷或硼中的一种以上。