一种杂原子掺杂的树叶状结构的碳纳米气凝胶材料及其制备方法和应用技术
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米材料
，具体涉及一种杂原子掺杂的树叶状结构的碳纳米气凝胶材料及其制备方法和应用。
技术介绍
近年来，随着石墨烯的发现，碳材料在传统材料化学界又引起了新一轮的研究热潮。石墨烯是目前世界上存在的已知的最薄也是力学性能最好的纳米材料。在很多领域都优于碳纳米管，金刚石，石墨等。它不仅具有很高的导热系数（5300 W/m·K），超快的电子迁移率（15000 cm2/V·s），更重要的一点是它是目前已知电阻率最小的材料，电阻率只约为10-6 Ω·cm。完美的石墨烯具有理想的二维晶体结构，电子可在其π共轭体系中自由移动，从而赋予石墨烯良好的导电性以及其他一些物理化学性能，因此可以用它构筑不同的功能材料。然而石墨烯一个唯一的缺陷是它不具有带隙，也就是说石墨烯的价带和导带之间是没有禁带宽度的，而仅仅由一个迪拉克点连接，这样限制了石墨烯在半导体材料领域的应用。为了打开石墨烯的带隙，科学家们尝试了很多的努力。2008年随着石墨烯的另一种同素异形体（石墨烯纳米带）的发现，使人们看到了石墨烯在半导体领域应用的曙光。与常规的尺寸，形状...
【技术保护点】
一种杂原子掺杂的树叶状碳纳米气凝胶材料，是由树叶状碳纳米材料作为基本结构单元组装并同时对其进行杂原子的掺杂的超轻多孔材料，其特征在于利用碳纳米管模拟树叶的叶脉，用碳纳米管剥离开的石墨烯纳米带模拟叶片，是一种碳纳米管和石墨烯纳米带的无缝桥联杂化结构，所述杂原子包括氮、磷、硼和硫元素。
【技术特征摘要】
1.一种杂原子掺杂的树叶状碳纳米气凝胶材料，是由树叶状碳纳米材料作为基本结构单元组装并同时对其进行杂原子的掺杂的超轻多孔材料，其特征在于利用碳纳米管模拟树叶的叶脉，用碳纳米管剥离开的石墨烯纳米带模拟叶片，是一种碳纳米管和石墨烯纳米带的无缝桥联杂化结构，所述杂原子包括氮、磷、硼和硫元素。
2.根据权利要求1所述的一种杂原子掺杂的树叶状碳纳米气凝胶材料，其特征在于：所述碳纳米树叶气凝胶的孔径为1 nm~20 μm，孔隙率为88 %~98 %，密度为0.03~0.80 g/cm3，比表面积为20~2000 m2/g，导电率为10-5~104 S/m。
3.一种如权利要求1所述的杂原子掺杂的树叶状碳纳米气凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
（1）对碳纳米管进行解拉链制备树叶状碳纳米前驱体水溶液；
（1.1）将1 g碳纳米管超声或搅拌1-12 h分散在20-500 mL浓硫酸中，然后加入10-500 mL磷酸，室温下继续搅拌1-2 h；
（1.2）缓慢加入不同量高锰酸钾，或者抗衡离子氧化切割碳纳米管；其中，高锰酸钾的加入速度为0.5g/h，高锰酸钾与碳纳米管的质量比为1～5：1；抗衡离子为KNO3或K2SO4，用量为碳纳米管质量的1-10倍；
（1.3）常温搅拌1-24h后放在油浴中反应10min-24h，反应温度为20℃-200℃，自然升温；
（1.4）冷却反应液后加入冰水和过氧化氢，静置过夜，然后用5% 的HCl酸洗两次，离心后取下层沉淀进行透析，透析液为超纯水；其中，冰水与过氧化氢的加入量分别为20-2000 mL， 10-100 mL；透析条件为用3500 Da的透析袋进行透析，透析液为超纯水，透析大概1-30天即可；
（1.5）透析后取出反应物加水超声1-24h成棕色透明液...
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