一種三維石墨烯及其制備方法與應(yīng)用技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)一種三維石墨烯及其制備方法與應(yīng)用，其中，包括步驟：將第一氯鹽與第二氯鹽按照一定的質(zhì)量比混合，得到混合鹽；在雞蛋清中滴加H

Three dimensional graphene and preparation method and application thereof

The invention discloses a three-dimensional graphene and a preparation method and an application thereof, wherein the process comprises the following steps: mixing a first chloride salt with a second chloride salt according to a certain mass ratio; obtaining a mixed salt; adding H in the egg white

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種三維石墨烯及其制備方法與應(yīng)用
本專(zhuān)利技術(shù)涉及材料
，尤其涉及一種三維石墨烯及其制備方法與應(yīng)用。
技術(shù)介紹
一些研究發(fā)現(xiàn)不含金屬的摻氮或者摻硫的非生物碳材料可以表現(xiàn)出比非貴金屬催化劑更好的氧還原活性，特別是類(lèi)石墨烯結(jié)構(gòu)的碳基材料展示了優(yōu)異的性能。但是目前以生物質(zhì)為原材料制作類(lèi)石墨烯材料的工藝過(guò)程，主要采用NaOH或者KOH等強(qiáng)堿為溶劑或者造孔劑。強(qiáng)堿在高溫融化過(guò)程很容易造成對(duì)設(shè)備的腐蝕，且石墨烯或者普通類(lèi)石墨烯材料由于共軛鍵的相互作用易引起堆積，影響活性位點(diǎn)的暴露，從而降低材料的催化性能，因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專(zhuān)利技術(shù)的目的在于提供一種三維石墨烯及其制備方法與應(yīng)用，旨在解決現(xiàn)有用強(qiáng)堿制備石墨烯材料過(guò)程中對(duì)設(shè)備的腐蝕以及石墨烯材料由于共軛鍵的相互作用而引起的堆積的問(wèn)題。本專(zhuān)利技術(shù)的技術(shù)方案如下：一種三維石墨烯的制備方法，其中，包括：步驟A、將第一氯鹽與第二氯鹽按照一定的質(zhì)量比混合，得到混合鹽；步驟B、在雞蛋清中滴加H2O，并攪拌至充分混合；步驟C、將經(jīng)步驟B處理后的雞蛋清加入混合鹽中，并攪拌使混合鹽與雞蛋清混合均勻；步驟D、混合均勻后，將混合鹽與雞蛋清的混合物干燥，然后碳化處理，最后依次用水、酸清洗干凈，得到三維石墨烯。所述的三維石墨烯的制備方法，其中，所述第一氯鹽為NaCl。所述的三維石墨烯的制備方法，其中，所述第二氯鹽為KCl、LiCl、CaCl2中的一種。所述的三維石墨烯的制備方法，其中，所述步驟A中，所述第一氯鹽與第二氯鹽的質(zhì)量比為2:3~5:6。所述的三維石墨烯的制備方法，其中，所述步驟C中，所述雞蛋清與混合鹽的質(zhì)量比為7.7:100。所述的三維石墨烯的制備方法，其中，所述步驟D中，所述干燥的溫度為80~100℃。所述的三維石墨烯的制備方法，其中，所述步驟D中，碳化處理的溫度為800~1000℃。所述的三維石墨烯的制備方法，其中，所述步驟D中，碳化處理的時(shí)間為250~350min。一種三維石墨烯，其中，采用如上任一所述的三維石墨烯的制備方法制備而成。一種三維石墨烯的應(yīng)用，其中，將如上所述的三維石墨烯用作燃料電池的陰極氧還原催化劑。有益效果：本專(zhuān)利技術(shù)制備的三維石墨烯材料可用作催化劑，且具有的氧還原性能可與傳統(tǒng)商業(yè)20%PtC相媲美。另外，本專(zhuān)利技術(shù)該制備工藝簡(jiǎn)單，與傳統(tǒng)的用NaOH或者KOH等用強(qiáng)堿做溶劑的生成類(lèi)石墨烯方法相比，工藝過(guò)程不會(huì)對(duì)設(shè)備造成腐蝕，且有利于最大程度的保留材料中的氮源和硫源。附圖說(shuō)明圖1為用單種鹽NaCl制備的雞蛋清活性碳材料的SEM圖。圖2為用單種鹽KCl制備的雞蛋清活性碳材料的SEM圖。圖3為實(shí)施例1制備的新型摻氮、硫的三維石墨烯材料的SEM圖。圖4為實(shí)施例1制備的新型摻氮、硫的三維石墨烯材料的TEM圖。圖5為實(shí)施例1制備的新型摻氮、硫的三維石墨烯材料的氮?dú)馕摳脚c孔徑分布圖。圖6為實(shí)施例1制備的新型摻氮、硫的三維石墨烯與用單種鹽制備的雞蛋清碳材料的催化氧還原反應(yīng)的極化曲線(xiàn)圖，以及與20%商業(yè)Pt/C的對(duì)比圖。具體實(shí)施方式本專(zhuān)利技術(shù)提供一種三維石墨烯及其制備方法與應(yīng)用，為使本專(zhuān)利技術(shù)的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本專(zhuān)利技術(shù)，并不用于限定本專(zhuān)利技術(shù)。本專(zhuān)利技術(shù)的一種三維石墨烯的制備方法較佳實(shí)施例，其中，包括：步驟A、將第一氯鹽與第二氯鹽按照一定的質(zhì)量比混合，得到混合鹽；所述步驟A中，所述第一氯鹽為NaCl，所述第二氯鹽為KCl、LiCl、CaCl2等中的一種。所述第一氯鹽與第二氯鹽的質(zhì)量比為2:3~5:6，例如，所述NaCl與KCl的質(zhì)量比可以為2:3~5:6。優(yōu)選地，所述NaCl與KCl的質(zhì)量比可以為2:3、3:4、4:5或5:6。步驟B、在雞蛋清中滴加H2O，并攪拌至充分混合；上述步驟B具體為，取雞蛋清于小燒杯中，再緩慢滴加H2O，并玻璃棒緩慢攪拌，使其充分混合。步驟C、將經(jīng)步驟B處理后的雞蛋清加入混合鹽中，并攪拌使混合鹽與雞蛋清混合均勻；上述步驟C具體為，將經(jīng)步驟B處理后的雞蛋清加入上述準(zhǔn)備好的混合鹽中，并用玻璃棒快速攪拌大約半小時(shí)，使混合鹽與雞蛋清混合均勻。優(yōu)選地，所述雞蛋清與混合鹽的質(zhì)量比為7.7:100。步驟D、混合均勻后，將混合鹽與雞蛋清的混合物干燥，然后碳化處理，最后依次用水、酸（如HNO3）清洗干凈，得到三維石墨烯。上述步驟D具體為，混合均勻后，將混合鹽與雞蛋清的混合物干燥，所述干燥的溫度為80~100℃，優(yōu)選的干燥溫度為90℃；然后放入瓷舟高溫碳化處理，所述碳化處理的溫度為800~1000℃，優(yōu)選的溫度為900℃，碳化處理的時(shí)間為250~350min，優(yōu)選的時(shí)間為300min；最后用水充分洗滌，除去其中的混合鹽，最后用酸（如HNO3）將材料中可能含有的鈣質(zhì)等無(wú)機(jī)鹽除去，得到摻雜氮、硫的三維石墨烯。本專(zhuān)利技術(shù)是將與雞蛋清混合時(shí)不會(huì)放出熱量的NaCl、KCl等氯鹽的混合鹽用作高溫碳化過(guò)程中的溶劑，使得雞蛋清的碳化是在熔融鹽體系中進(jìn)行，最大程度地保留雞蛋清中的含氮、硫活性位點(diǎn)。最后可通過(guò)洗劑除去熔融鹽組分，得到大的比表面以及大的總的孔體積的三維石墨烯結(jié)構(gòu)。本專(zhuān)利技術(shù)制備的三維石墨烯材料可用作催化劑，且具有的氧還原性能可與傳統(tǒng)商業(yè)20%PtC相媲美。另外，本專(zhuān)利技術(shù)該制備工藝簡(jiǎn)單，與傳統(tǒng)的用NaOH或者KOH等用強(qiáng)堿做溶劑的生成類(lèi)石墨烯方法相比，工藝過(guò)程不會(huì)對(duì)設(shè)備造成腐蝕，且有利于最大程度的保留材料中的氮源和硫源，是一種有潛在用途的非貴金屬氧還原催化劑。本專(zhuān)利技術(shù)的一種三維石墨烯，其中，采用如上任一所述的三維石墨烯的制備方法制備而成。本專(zhuān)利技術(shù)的一種三維石墨烯的應(yīng)用，其中，將如上所述的三維石墨烯用作燃料電池的陰極氧還原催化劑。本專(zhuān)利技術(shù)的三維石墨烯可用作燃料電池的陰極氧還原催化劑，且具有的氧還原性能可與傳統(tǒng)商業(yè)20%Pt/C相媲美。下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1將NaCl與KCl以2:3的質(zhì)量比混合，取100g該混合鹽放入燒杯中備用；取7.7g雞蛋清放入小燒杯后，緩慢加入20mLH2O，輕輕攪拌均勻；再將雞蛋清緩慢加入上述備好的混合鹽中，并用玻璃棒快速攪拌大約半小時(shí)，使鹽與雞蛋清混合均勻；充分混合后，將鹽與雞蛋清的混合物置于烘箱中，在90℃下干燥備用；烘干水分后，900℃高溫碳化300min；然后用H2O充分洗凈，除去其中的混合鹽，最后用HNO3將材料中可能含有的鈣質(zhì)等無(wú)機(jī)鹽除去，得到摻氮、硫的三維石墨烯的生物質(zhì)非貴金屬催化劑。對(duì)本實(shí)施例制備的三維石墨烯的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行分析和測(cè)試。1、SEM分析圖1~3為實(shí)施例1制備的新型摻氮、硫的三維石墨烯材料與用單種鹽制備的雞蛋清活性碳材料的的SEM圖。（其中MS表示用混合鹽做溶劑制備的摻氮、硫的三維石墨烯材料；NaCl/KCl表示用NaCl或者KCl單種鹽做溶劑制備的雞蛋清活性碳材料）。從圖中可以看出，在用混合鹽做溶劑的條件下，以雞蛋清為原料制作的材料為石墨烯結(jié)構(gòu)，且為三維立體狀態(tài)，充分暴露含氮、硫等活性位點(diǎn)，同時(shí)可以有效地避免因共軛鍵的作用引起的石墨烯結(jié)構(gòu)的堆積，有利于活性位點(diǎn)與氧氣的接觸。而用單種鹽為溶劑制作的活性碳材料卻沒(méi)有出現(xiàn)這種三維石墨烯結(jié)構(gòu)。2、TEM分析圖4為實(shí)施例1制備的新型摻氮、硫的三維石墨烯材料的T本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種三維石墨烯的制備方法，其特征在于，包括：步驟A、將第一氯鹽與第二氯鹽按照一定的質(zhì)量比混合，得到混合鹽；步驟B、在雞蛋清中滴加H

【技術(shù)特征摘要】
1.一種三維石墨烯的制備方法，其特征在于，包括：步驟A、將第一氯鹽與第二氯鹽按照一定的質(zhì)量比混合，得到混合鹽；步驟B、在雞蛋清中滴加H2O，并攪拌至充分混合；步驟C、將經(jīng)步驟B處理后的雞蛋清加入混合鹽中，并攪拌使混合鹽與雞蛋清混合均勻；步驟D、混合均勻后，將混合鹽與雞蛋清的混合物干燥，然后碳化處理，最后依次用水、酸清洗干凈，得到三維石墨烯。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維石墨烯的制備方法，其特征在于，所述第一氯鹽為NaCl。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維石墨烯的制備方法，其特征在于，所述第二氯鹽為KCl、LiCl、CaCl2中的一種。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維石墨烯的制備方法，其特征在于，所述步驟A中，所述第一氯鹽與第二氯鹽的質(zhì)量比為2:...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：呂維忠，陳伊麥，王榮方，季山，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：深圳大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：廣東,44