一種納米碳點(diǎn)修飾三維石墨烯材料的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種納米碳點(diǎn)修飾三維石墨烯材料的方法，通過大環(huán)化合物功能化氧化石墨烯，再加入碳酸鹽溶液形成含碳酸鹽的大環(huán)化合物和氧化石墨烯超分子溶膠體系，對(duì)其進(jìn)行冷凍干燥和幾步升溫?zé)崽幚?，碳酸鹽作為造孔劑防止石墨烯的團(tuán)聚，形成三維立體結(jié)構(gòu)。超分子體系的形成防止氧化石墨烯在還原過程中的團(tuán)聚，在煅燒過程中，大環(huán)化合物分解可在還原的氧化石墨烯納米片上原位錨釘上有序的碳納米點(diǎn)，產(chǎn)物中石墨烯片層被納米碳點(diǎn)隔開，石墨烯層間距增加；用本發(fā)明方法制得的納米碳點(diǎn)修飾三維石墨烯材料比表面大，三維結(jié)構(gòu)有利于電解液離子在石墨烯層間的脫嵌，用于超級(jí)電容器電極材料因而可得到較高比電容。
【專利說明】
一種納米碳點(diǎn)修飾三維石墨烯材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及化學(xué)電源和納米材料技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種納米碳點(diǎn)修飾三維石墨烯材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯(Graphene)是一種由單層碳原子構(gòu)成的片狀結(jié)構(gòu)的新型明星材料，它由碳原子以SP2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維材料。石墨烯因具有較大的比表面積、高的導(dǎo)電率和優(yōu)異的導(dǎo)電性能，在超級(jí)電容器、鋰離子電池、鉛炭電池中具有重要的研究意義。化學(xué)工作者可以通過在液相中剝離石墨得到氧化石墨烯，但由于氧化石墨烯本身的結(jié)構(gòu)特性(π-π堆積、疏水-疏水作用)，化學(xué)還原時(shí)形成固相石墨烯時(shí)極易層層自組裝發(fā)生自團(tuán)聚。而其優(yōu)越的電化學(xué)性質(zhì)只有在其以單層的二維結(jié)構(gòu)時(shí)才能展現(xiàn)出來，因而防止石墨烯的自堆積變得非常重要。
[0003]超分子化學(xué)(Supramolecular chemistry)是研究分子組裝和分子間鍵的化學(xué)，是若干化學(xué)物質(zhì)通過分子間相互作用(包括氫鍵、疏水作用、靜電作用、JTi堆積作用等)結(jié)合在一起所構(gòu)成的具有一定組織性和高度復(fù)雜性的化學(xué)體系。超分子化學(xué)的發(fā)展不僅與大環(huán)化學(xué)(如冠醚、穴醚、環(huán)糊精、杯芳烴等)的發(fā)展密切相連，而且與分子識(shí)別、分子自組裝、藥物運(yùn)輸、分子器件的研究密切相關(guān)。化學(xué)法制備的氧化石墨烯由于具有J1-JI結(jié)構(gòu)、表面疏水性和表面官能團(tuán)，很容易與大環(huán)化合物結(jié)合形成超分子體系。在氧化石墨烯還原過程中，超分子體系的形成可以有效地防止石墨烯的團(tuán)聚，但僅僅是形成超分子體系，仍然能夠使得石墨烯團(tuán)聚，從而影響石墨烯的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種納米碳點(diǎn)修飾三維石墨烯材料的方法。
[0005]本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供上述方法制備得到的納米碳點(diǎn)修飾三維石墨烯材料。
[0006]本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供上述納米碳點(diǎn)修飾三維石墨烯材料的應(yīng)用。
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的:
一種納米碳點(diǎn)修飾三維石墨稀材料的制備方法，包括以下實(shí)驗(yàn)步驟:
51.將大環(huán)環(huán)合物溶于氧化石墨烯溶膠中，再加入碳酸鹽混勻超聲后獲得含碳酸鹽的超分子溶膠體系；
52.對(duì)含碳酸鹽的超分子溶膠體系進(jìn)行冷凍干燥一段時(shí)間，并進(jìn)行煅燒，煅燒采用的升溫程序?yàn)?先以5?10 0C min—1的升溫速率加熱到90°C，再以0.01?TC min—1的升溫速率加熱到130 °C ;然后用5?1 °C min—1的升溫速率加熱到2 50 °C，再以0.0I?1°C mi η—1的升溫速率加熱到400°C;最后以3?10 0C min—1的升溫速率加熱到600?900 °C恒溫I?6 h;煅燒后的產(chǎn)物冷卻至室溫，洗滌干燥后即得納米碳點(diǎn)修飾三維石墨烯材料；
SI所述氧化石墨稀溶膠的質(zhì)量濃度為0.2?20 g L—1，所述大環(huán)化合物在氧化石墨稀溶膠中的質(zhì)量濃度為0.1?10 g L—S所述碳酸鹽的加入體積為0.1?20 mL，濃度為0.2?6moI L—1O
[0008]本發(fā)明中，首先通過大環(huán)化合物功能化氧化石墨烯，形成分子間的氫鍵，從而形成穩(wěn)定的超分子溶膠體系，再加入碳酸鹽溶液攪拌均勻。然后，再將含碳酸鹽的大環(huán)化合物和氧化石墨烯超分子溶膠體系進(jìn)行冷凍干燥和幾步升溫?zé)崽幚?，大環(huán)化合物碳化形成碳納米粒子，氧化石墨烯還原成石墨烯納米片。冷凍干燥技術(shù)可以使超分子體系結(jié)構(gòu)保持完整，在后面的高溫過程中不易損壞材料的結(jié)構(gòu)。碳酸鹽的存在，不僅可以在高溫時(shí)分解產(chǎn)生氣體，作為造孔劑，而且可以撐開石墨烯片防止石墨烯的團(tuán)聚，形成三維立體結(jié)構(gòu)。超分子體系的形成可以防止氧化石墨烯在還原過程中的團(tuán)聚，在后續(xù)煅燒過程中，大環(huán)有機(jī)化合物分解可在還原的氧化石墨烯納米片上原位錨釘上有序的碳納米點(diǎn)，產(chǎn)物中石墨烯片層被納米碳點(diǎn)隔開，防止了石墨烯的團(tuán)聚，石墨烯層間距增加。
[0009]另外，加入碳酸鹽后，溶膠體系的煅燒也是需要注意的地方，現(xiàn)有技術(shù)有很多化學(xué)沉積的方法制備三維石墨烯，這些多是在某個(gè)溫度范圍內(nèi)或或者采用兩段煅燒，而本發(fā)明在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上做了進(jìn)一步的改進(jìn)，在選自碳酸鹽的前提下，優(yōu)化煅燒步驟，采用三段升溫，首先以較快的升溫速率升溫到90°C，再以很慢的升溫速率升溫到130°C(90?130°C區(qū)間采用慢速程序升溫，防止水大量蒸發(fā)時(shí)產(chǎn)生濺射)，使溶膠體系材料中的水完全蒸發(fā)。從130 °C到250 °C可以較快的升溫，250 °C到400 °C以較慢的升溫速度升溫，使碳酸鹽分解比較緩慢(250?400°C區(qū)間采用慢速程序升溫，防止大量碳酸鹽分解時(shí)產(chǎn)生濺射，污染加熱容器，同時(shí)造成產(chǎn)品損失)。最后以較快的升溫速率從400°C升溫到600?900°C，恒溫還原碳化一段時(shí)間。在不同溫度區(qū)間采用不同的升溫速率，不僅可以使水分子和碳酸鹽緩慢地蒸發(fā)和分解，避免水大量蒸發(fā)和碳酸鹽分解時(shí)產(chǎn)生濺射，造成產(chǎn)品損失，還有效的保持材料的結(jié)構(gòu)。
[0010]同時(shí)，發(fā)明人是實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，煅燒前必須對(duì)溶膠體系進(jìn)行冷凍干燥，冷凍干燥不僅能保留超分子體系，另外，冷凍干燥也可在高溫碳化形成碳納米點(diǎn)錨釘還原石墨烯片時(shí)結(jié)構(gòu)可以保持完好，避免煅燒時(shí)結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變化，因?yàn)橐话愀邷仂褵^程可能經(jīng)歷熔化過程，這時(shí)形成熔融液相，結(jié)構(gòu)容易發(fā)生變化、重組。
[0011]本發(fā)明所述氧化石墨烯通過常規(guī)方法(改良的Hummers法)獲得，具體可以是:取適量天然石墨和硝酸鈉混合，在低溫下，加入一定量的硫酸和高錳酸鉀，反應(yīng)一段時(shí)間。再加入去離子水，升溫到90°C，繼續(xù)反應(yīng)一段時(shí)間。冷卻到室溫，用稀鹽酸和去離子水洗滌，干燥得到氧化石墨稀。
[0012]優(yōu)選地，SI所述氧化石墨烯溶膠是由氧化石墨烯溶于水后超聲I?1h獲得。
[0013]優(yōu)選地，SI所述超聲的時(shí)間為0.1?12 h。
[0014]優(yōu)選地，S2所述冷凍干燥是指將裝有含碳酸鹽的超分子溶膠體系冷凍6?48h，然后再放到冷凍干燥器中干燥6?120 ho
[0015]優(yōu)選地，SI所述大環(huán)化合物選自冠醚、杯芳烴、穴醚或環(huán)糊精。
[0016]優(yōu)選地，SI所述碳酸鹽選自碳酸銨、碳酸氫銨、碳酸鋰碳酸氫鋰、碳酸鈉碳酸氫鈉、碳酸鉀或碳酸氫鉀。
[0017]優(yōu)選地，S2所述洗滌干燥是指對(duì)煅燒后的產(chǎn)物洗滌后在40?95 °C干燥0.1?24
ho
[0018]本發(fā)明還提供所述制備方法獲得的納米碳點(diǎn)修飾三維石墨稀材料。
[0019]本發(fā)明還提供所述納米碳點(diǎn)修飾三維石墨烯材料的應(yīng)用；具體地，所述應(yīng)用是將納米碳點(diǎn)修飾三維石墨稀材料用于制備超級(jí)電容器。
[0020]本發(fā)明還提供含有所述納米碳點(diǎn)修飾三維石墨烯材料的電極。
[0021]具體地，所述電極還含有導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
本發(fā)明提供了一種納米碳點(diǎn)修飾三維石墨烯材料的制備方法，首先通過大環(huán)化合物功能化氧化石墨烯，形成分子間的氫鍵，從而形成穩(wěn)定的超分子溶膠體系，再加入碳酸鹽溶液攪拌均勻。然后，再將含碳酸鹽的大環(huán)化合物和氧化石墨烯超分子溶膠體系進(jìn)行冷凍干燥和幾步升溫?zé)崽幚?，大環(huán)化合物碳化形成碳納米粒子，氧化石墨稀還原成石墨稀納米片。冷凍干燥技術(shù)可以使超分子體系結(jié)構(gòu)中保留組分位置基本保持穩(wěn)定，在后面的高溫過程中不易損壞材料的結(jié)構(gòu)。碳酸鹽的存在，不僅可以在高溫時(shí)分解產(chǎn)生氣體，作為造孔劑，而且可以撐開石墨烯片防止石墨烯的團(tuán)聚，形成三維立體結(jié)構(gòu)。超分子體系的形成可以防止氧化石墨烯在還原過程中的團(tuán)聚，在后續(xù)煅燒過程中，大環(huán)有機(jī)化合物分解可在還原的氧化石墨烯納米片上原位錨釘上有序的碳納米點(diǎn)，產(chǎn)物中石墨烯片層被納米碳點(diǎn)隔開，防止了石墨烯的團(tuán)聚，石墨烯層間距增加；另外，在不同溫度區(qū)間采用不同的升溫速率，不僅可以使水分子和碳酸鹽緩慢地蒸發(fā)和分解，避免水大量蒸發(fā)和碳酸鹽分解時(shí)產(chǎn)生濺射，造成產(chǎn)品損失，還有效的保持材料的結(jié)構(gòu)。用本發(fā)明方法制得的納米碳點(diǎn)修飾三維石墨稀材料比表面大，三維結(jié)構(gòu)有利于電解液離子在石墨烯層間的脫嵌，通過此方法制備的納米碳點(diǎn)修飾三維石墨烯材料具有較高的比電容(6M Κ0Η,288 F g—^0.5 A g—1)和較好的倍率性能(219F g—SlO A g—3，循環(huán)10000次之后電容保持率約為99.3%。因此它在超級(jí)電容器電極、鋰離子電池負(fù)極和鉛炭電池中有潛在的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的碳納米點(diǎn)修飾石墨烯片材料的透射電鏡圖。
[0024]圖2為實(shí)施例1制備的碳納米點(diǎn)修飾三維石墨烯材料的循環(huán)伏安曲線。
[0025]圖3為實(shí)施例1制備的碳納米點(diǎn)修飾三維石墨烯材料的恒流充放電曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的內(nèi)容，但不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。在不背離本發(fā)明精神和實(shí)質(zhì)的情況下，對(duì)本發(fā)明方法、步驟或條件所作的簡單修改或替換，均屬于本發(fā)明的范圍；若未特別指明，實(shí)施例中所用的技術(shù)手段為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的常規(guī)手段。
[0027]實(shí)施例1
納米碳點(diǎn)修飾三維石墨稀材料的制備方法，包括以下步驟:
(I)氧化石墨稀的制備:利用改良的Hu_ers法制備氧化石墨?。蝗∵m量天然石墨和硝酸鈉混合，在低溫下，加入一定量的硫酸和高錳酸鉀，反應(yīng)一段時(shí)間。再加入去離子水，升溫到90°C，繼續(xù)反應(yīng)一段時(shí)間。冷卻到室溫，用稀鹽酸和去離子水洗滌，干燥得到氧化石墨烯。
[0028](2)含碳酸鈉的氧化石墨烯和β-環(huán)糊精超分子溶膠體系的制備:取10 g氧化石墨烯，加入I L水中，超聲6 h，形成溶膠;然后加I g β-環(huán)糊精攪拌溶解于氧化石墨烯溶膠中，再加入2mL Imol L—1的碳酸鈉溶液攪拌均勾，超聲30min，得到含碳酸鈉的氧化石墨稀和β-環(huán)糊精超分子溶膠體系。
[0029](3)納米碳點(diǎn)修飾三維石墨烯材料的制備:將裝有含碳酸鈉的超分子溶膠體系放入冰箱中冷凍24 h，然后再放到冷凍干燥器中干燥48 h。將干燥的樣品放入煅燒爐中，先以10 0C min—1的升溫速率加熱到90°C，再以0.05 °C min—1的升溫速率加熱到130 °C;然后以6 0C min—1的升溫速率加熱到250min—1的升溫速率加熱到400°C ;最后以40C min—1的升溫速率加熱到600°C恒溫2 h。當(dāng)產(chǎn)物冷卻到室溫時(shí)，用去離子水洗滌3次，再放入600C干燥箱中干燥12 h即得納米碳點(diǎn)修飾三維石墨烯材料。
[0030]將制備得到的納米碳點(diǎn)修飾三維石墨烯材料應(yīng)用在超級(jí)電容器中的電化學(xué)測試:取質(zhì)量比為85:5:10的納米碳點(diǎn)修飾三維石墨烯材料、乙炔黑和PVDF，研磨均勻，加入氮甲基吡咯烷酮調(diào)漿;然后涂布在不銹鋼網(wǎng)上，60°C真空干燥12h后進(jìn)行電化學(xué)測試。電解液選用6M Κ0Η，在電位窗為-1?-0.2 V之間進(jìn)行循環(huán)伏安和恒流充放電測試，根據(jù)恒流充放電曲線，計(jì)算比電容。在0.5A g—1時(shí)，比電容約為288 F g—1。
[0031]實(shí)施例2
納米碳點(diǎn)修飾三維石墨稀材料的制備方法，包括以下步驟:
(I)氧化石墨烯的制備:同實(shí)施例1的步驟(I)。
[0032](2)含碳酸鈉的氧化石墨烯和冠醚超分子溶膠體系的制備:取10 g氧化石墨烯，加Al L水中，超聲6 h，形成溶膠。然后加I g冠醚攪拌溶解于氧化石墨烯溶膠中，再加入2mLImol L—1的碳酸鈉溶液攪拌均勻，超聲30min，得到含碳酸鈉的氧化石墨烯和冠醚超分子溶膠體系。
[0033](3)納米碳點(diǎn)修飾三維石墨烯材料的制備:將裝有含碳酸鈉的超分子溶膠體系放入冰箱中冷凍24 h，然后再放到冷凍干燥器中干燥48 h。將干燥的樣品放入煅燒爐中，先以10 0C min—1的升溫速率加熱到90°C，再以0.05 °C min—1的升溫速率加熱到130 °C;然后以6 0C min—1的升溫速率加熱到250min—1的升溫速率加熱到400°C ;最后以40C min—1的升溫速率加熱到600°C恒溫2 h。當(dāng)產(chǎn)物冷卻到室溫時(shí)，用去離子水洗滌3次，再放入70°C干燥箱中干燥12 ho
[0034]將制備得到的納米碳點(diǎn)修飾三維石墨烯材料應(yīng)用在超級(jí)電容器中的電化學(xué)測試:取質(zhì)量比為85:5:10的納米碳點(diǎn)修飾三維石墨烯材料、乙炔黑和PVDF，研磨均勻，加入氮甲基吡咯烷酮調(diào)漿;然后涂布在不銹鋼網(wǎng)上，60°C真空干燥12h后進(jìn)行電化學(xué)測試。電解液選用6M Κ0Η，在電位窗為-1?-0.2 V之間進(jìn)行循環(huán)伏安和恒流充放電測試，根據(jù)恒流充放電曲線，計(jì)算比電容。在0.5A g—1時(shí)，比電容約為229 F g^0
[0035]實(shí)施例3
納米碳點(diǎn)修飾三維石墨稀材料的制備方法，包括以下步驟:
(I)氧化石墨烯的制備:同實(shí)施例1的步驟(I)。
[0036](2)含碳酸氫鈉的氧化石墨烯和β-環(huán)糊精超分子溶膠體系的制備:取10 g氧化石墨烯，加入I L水中，超聲3 h，形成溶膠。然后加5 g β-環(huán)糊精攪拌溶解于氧化石墨烯溶膠中，再加入2mL Imol L—1的碳酸氫鈉溶液攪拌均勻，超聲30min，得到含碳酸氫鈉的氧化石墨烯和β-環(huán)糊精超分子溶膠體系。
[0037](3)納米碳點(diǎn)修飾三維石墨烯材料的制備:將裝有含碳酸氫鈉的超分子溶膠體系放入冰箱中冷凍24 h，然后再放到冷凍干燥器中干燥72 h。將干燥的樣品放入煅燒爐中，先以10 0C min—1的升溫速率加熱到90°C，再以0.1 °C min—1的升溫速率加熱到130 °C;然后以8 0C min—1的升溫速率加熱到250 °C，再以0.1°C min—1的升溫速率加熱到400°C ;最后以50C min—1的升溫速率加熱到700°C恒溫2 h。當(dāng)產(chǎn)物冷卻到室溫時(shí)，用去離子水洗滌3次，再放入80°C干燥箱中干燥12 ho
[0038]將制備得到的納米碳點(diǎn)修飾三維石墨烯材料應(yīng)用在超級(jí)電容器中的電化學(xué)測試:取質(zhì)量比為85:5:10的納米碳點(diǎn)修飾三維石墨烯材料、乙炔黑和PVDF，研磨均勻，加入氮甲基吡咯烷酮調(diào)漿;然后涂布在不銹鋼網(wǎng)上，60°C真空干燥12h后進(jìn)行電化學(xué)測試。電解液選用6M Κ0Η，在電位窗為-1?-0.2 V之間進(jìn)行循環(huán)伏安和恒流充放電測試，根據(jù)恒流充放電曲線，計(jì)算比電容。在0.5A g—1時(shí)，比電容約為262 F g^0
[0039]實(shí)施例4
納米碳點(diǎn)修飾三維石墨稀材料的制備方法，包括以下步驟:
(I)氧化石墨烯的制備:同實(shí)施例1的步驟(I)。
[0040](2)含碳酸氫鈉的氧化石墨烯和β-環(huán)糊精超分子溶膠體系的制備:取10 g氧化石墨烯，加入I L水中，超聲3 h，形成溶膠。然后加5 g β_環(huán)糊精攪拌溶解于氧化石墨烯溶膠中，再加入2mL 6mol L—1的碳酸氫鈉溶液攪拌均勻，超聲30min，得到含碳酸氫鈉的氧化石墨烯和β-環(huán)糊精超分子溶膠體系。
[0041](3)納米碳點(diǎn)修飾三維石墨烯材料的制備:將裝有含碳酸氫鈉的超分子溶膠體系放入冰箱中冷凍6 h，然后再放到冷凍干燥器中干燥24 h。將干燥的樣品放入煅燒爐中，先以6 0C min—1的升溫速率加熱到90°C，再以0.02 °C min—1的升溫速率加熱到130 °C;然后以6 0C min—1的升溫速率加熱到250 °(:，再以0.2 cCmirT1的升溫速率加熱到400°C ;最后以50C min—1的升溫速率加熱到800°C恒溫2 h。當(dāng)產(chǎn)物冷卻到室溫時(shí)，用去離子水洗滌5次，再放入70°C干燥箱中干燥12 ho
[0042]將制備得到的納米碳點(diǎn)修飾三維石墨烯材料應(yīng)用在超級(jí)電容器中的電化學(xué)測試:取質(zhì)量比為85:5:10的納米碳點(diǎn)修飾三維石墨烯材料、乙炔黑和PVDF，研磨均勻，加入氮甲基吡咯烷酮調(diào)漿;然后涂布在不銹鋼網(wǎng)上，60°C真空干燥12h后進(jìn)行電化學(xué)測試。電解液選用6M Κ0Η，在電位窗為-1?-0.2 V之間進(jìn)行循環(huán)伏安和恒流充放電測試，根據(jù)恒流充放電曲線，計(jì)算比電容。在0.5A g—1時(shí)，比電容約為234 F g—1。
[0043]實(shí)施例5
納米碳點(diǎn)修飾三維石墨稀材料的制備方法，包括以下步驟:
(I)氧化石墨烯的制備:同實(shí)施例1的步驟(I)。
[0044](2)含碳酸銨的氧化石墨烯和β-環(huán)糊精超分子溶膠體系的制備:取10 g氧化石墨烯，加入I L水中，超聲3 h，形成溶膠。然后加10 g β_環(huán)糊精攪拌溶解于氧化石墨烯溶膠中，再加入5mL 6mol L—1的碳酸錢溶液攪拌均勾，超聲30min，得到含碳酸錢的氧化石墨稀和β-環(huán)糊精超分子溶膠體系。
[0045](3)納米碳點(diǎn)修飾三維石墨烯材料的制備:將裝有含碳酸銨的超分子溶膠體系放入冰箱中冷凍12 h，然后再放到冷凍干燥器中干燥48 h。將干燥的樣品放入煅燒爐中，先以8 0C min—1的升溫速率加熱到90°C，再以0.05 °C min—1的升溫速率加熱到130 °C;然后以5°C min—1的升溫速率加熱到250 °C，再以0.1°C min—1的升溫速率加熱到400°C ;最后以5 °Cmin—1的升溫速率加熱到700°C恒溫2 h。當(dāng)產(chǎn)物冷卻到室溫時(shí)，用去離子水洗滌3次，再放入80°C干燥箱中干燥12 ho
[0046]將制備得到的納米碳點(diǎn)修飾三維石墨烯材料應(yīng)用在超級(jí)電容器中的電化學(xué)測試:取質(zhì)量比為85:5:10的納米碳點(diǎn)修飾三維石墨烯材料、乙炔黑和PVDF，研磨均勻，加入氮甲基吡咯烷酮調(diào)漿;然后涂布在不銹鋼網(wǎng)上，60°C真空干燥12h后進(jìn)行電化學(xué)測試。電解液選用6M Κ0Η，在電位窗為-1?-0.2 V之間進(jìn)行循環(huán)伏安和恒流充放電測試，根據(jù)恒流充放電曲線，計(jì)算比電容。在0.5A g—1時(shí)，比電容約為251 F g^0
[0047]對(duì)比例I
實(shí)驗(yàn)方法同實(shí)施例1，唯一不同的是，步驟(3)煅燒時(shí)采用以下升溫程序:先以10 Vmin—1的升溫速率加熱到90°C，然后以6 °C min—1的升溫速率加熱到250 °(:，再以0.1 0Cmin—1的升溫速率加熱至lj400°C;最后以4°C min—1的升溫速率加熱到600°C恒溫2 h。
[0048]由本對(duì)比例制得的材料，由于升溫過快，造成水快速蒸發(fā)，不僅造成樣品在煅燒爐中噴射，還使得材料的結(jié)構(gòu)i丹塌，不能形成三維的石墨稀材料。
[0049]對(duì)比例2
實(shí)驗(yàn)方法同實(shí)施例1，唯一不同的是，在步驟(2)按照以下方法進(jìn)行:直接在IL水中加入10 g氧化石墨烯、I g β-環(huán)糊精和2mL Imol L—1的碳酸鈉溶液，在溫度90°C下超聲，結(jié)果發(fā)現(xiàn):90°C下超聲不僅使氧化石墨烯團(tuán)聚在一起，在后續(xù)的高溫還原過程中很難得到石墨烯納米片，而且溫度過高對(duì)超聲儀損耗太大，使儀器容易損壞。
[0050]對(duì)比例3
實(shí)驗(yàn)方法同實(shí)施例1，唯一不同的是，步驟(3)煅燒時(shí)采用以下升溫程序:先以10 Vmin—1的升溫速率加熱到90°C，再以0.05 °C min—1的升溫速率加熱到130 °C;然后以6 °Cmin—1的升溫速率加熱到250 °C，再以5 cCmirT1的升溫速率加熱到400°C ;最后以4°C min—1的升溫速率加熱到600°C恒溫2 ho
[0051 ]由本對(duì)比例制得的材料，性質(zhì)表征結(jié)果:升溫速率很快時(shí)，碳酸鹽迅速分解，樣品濺射，損失樣品。由于碳酸鹽的快速分解，材料的三維結(jié)構(gòu)被破壞，降低了材料的導(dǎo)電性，增加材料的傳質(zhì)電阻，從而降低了材料的比電容。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種納米碳點(diǎn)修飾三維石墨稀材料的制備方法，其特征在于，包括以下實(shí)驗(yàn)步驟: 51.將大環(huán)化合物溶于氧化石墨烯溶膠中，再加入碳酸鹽混勻超聲后獲得含碳酸鹽的超分子溶膠體系； 52.對(duì)含碳酸鹽的超分子溶膠體系進(jìn)行冷凍干燥一段時(shí)間，并進(jìn)行煅燒，煅燒采用的升溫程序?yàn)?先以5?10 0C min—1的升溫速率加熱到90°C，再以0.01?TC min—1的升溫速率加熱到130 °C ;然后用5?1 °C min—1的升溫速率加熱到2 50 °C，再以0.0I?1°C mi η—1的升溫速率加熱到400°C;最后以3?10 0C min—1的升溫速率加熱到600?900 °C恒溫I?6 h;煅燒后的產(chǎn)物冷卻至室溫，洗滌干燥后即得納米碳點(diǎn)修飾三維石墨烯材料； SI所述氧化石墨烯溶膠的質(zhì)量濃度為0.2?20 g L—I所述大環(huán)化合物在氧化石墨烯溶膠中的質(zhì)量濃度為0.1?10 g L—S所述碳酸鹽的加入體積為0.1?20 mL，濃度為0.2?6moI L—1O2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米碳點(diǎn)修飾三維石墨稀材料的制備方法，其特征在于，SI所述超聲的時(shí)間為0.1?12 ho3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米碳點(diǎn)修飾三維石墨稀材料的制備方法，其特征在于，S2所述冷凍干燥是指將裝有含碳酸鹽的超分子溶膠體系冷凍6?48 h，然后再放到冷凍干燥器中干燥6?120 ho4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米碳點(diǎn)修飾三維石墨稀材料的制備方法，其特征在于，SI所述大環(huán)化合物選自冠醚、杯芳烴、穴醚或環(huán)糊精。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米碳點(diǎn)修飾三維石墨稀材料的制備方法，其特征在于，SI所述碳酸鹽選自碳酸銨、碳酸氫銨、碳酸鋰碳酸氫鋰、碳酸鈉碳酸氫鈉、碳酸鉀或碳酸氫鉀。6.權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述制備方法獲得的納米碳點(diǎn)修飾三維石墨稀材料。7.權(quán)利要求6所述納米碳點(diǎn)修飾三維石墨稀材料的應(yīng)用。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述納米碳點(diǎn)修飾三維石墨烯材料的應(yīng)用，其特征在于，所述應(yīng)用是將納米碳點(diǎn)修飾三維石墨稀材料用于制備超級(jí)電容器。9.含有權(quán)利要求6所述納米碳點(diǎn)修飾三維石墨稀材料的電極。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電極，其特征在于，所述電極還含有導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑。
【文檔編號(hào)】C01B31/04GK105967169SQ201610287829
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年5月4日
【發(fā)明人】舒東, 黃毓嵐, 宋曉娜, 鐘杰, 趙仕緒, 孟濤
【申請(qǐng)人】華南師范大學(xué)