[发明专利]一种高氮含量的三维氮掺杂石墨烯的制备方法

摘要

一种高氮含量的三维氮掺杂石墨烯的制备方法，用高氮含量的芳香性刚性高分子材料聚（2,5‑苯并咪唑）（ABPBI）为碳源和氮源，用Fe(OH)₃或Fe₂O₃）纳米颗粒为模板剂，高分子链中的芳香性的刚性苯并咪唑规则排列在模板剂表面，在氩气保护下热解，形成三维氮掺杂石墨烯结构。ABPBI分子中的氮原子与铁氧化物（或氢氧化物）表面的铁离子生成配位键，起到固氮的作用。要求：ABPBI粘均分子量1~3万；Fe(OH)₃或Fe₂O₃）粒径为5~50nm，ABPBI与Fe(OH)₃或Fe₂O₃）二者的质量比为3:1~1:3；热解温度为600~1200℃，热解2~3h，用稀盐酸洗涤3次，去离子水洗涤3次。制备的三维氮掺杂石墨烯用于氧还原催化剂、氧析出催化剂，用于燃料电池、金属空气电池和超级电容器等电化学能源存储与转换器件。

主权项

1.一种高氮含量的三维氮掺杂石墨烯的制备方法，其特征在于：选用高分子链是由芳香性的刚性苯并咪唑组成，且分子中含有富含氮元素的咪唑环和端氨基的可溶性的聚（2,5‑苯并咪唑）（ABPBI）为碳源和氮源，用Fe(OH)3或Fe2O3纳米颗粒为模板剂，ABPBI与模板剂充分混合，且保持其分子中的芳香环的平面一致，在惰性气体保护下，热解、用稀酸溶液洗涤除去模板剂，制备三维氮掺杂石墨烯；ABPBI是可溶性的，其分子中富含氮元素的咪唑环和端氨，且其苯并咪唑环是刚性的芳香性环，在热解时易形成氮掺杂石墨烯结构，分子中的羧基热解时脱酸起到造孔作用； ABPBI溶液与不同粒径纳米Fe(OH)3或Fe2O3模板剂，按照不同质量比混合、氩气保护下高温炉内热解2~3h，用稀盐酸去模板，得到三维氮掺杂石墨烯。