一种氮硫杂化的石墨烯复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氮硫杂化的石墨烯复合材料的制备方法，包括如下步骤，配料，所用原料包括以下组分，天然石墨粉末7.2份、硝酸钠10份、浓硫酸18.6份和高锰酸钾6.2份，浓硫酸的浓度为73％，本氮硫杂化的石墨烯复合材料的制备方法，通过化学氧化还原法和水溶液法制备还原氧化石墨烯以及含氮掺杂的还原氧化石墨烯，通过与硫化氢继续反应，制备氮硫杂化的石墨烯材料，硫化氢这种废气的高效回收利用，具有一定的环保和经济效益，氮掺杂的石墨烯可以提高氧化石墨烯的导电性，使得石墨烯也有着全新的电学属性，在传统的手机锂电池中加入了石墨烯复合导电粉末，提高了电池的倍率充放电性能和循环寿命。

Preparation method of nitrogen sulfur hybrid graphene composite material

The present invention discloses a preparation method of nitrogen and sulfur hybrid graphene composite material, including the following steps, ingredients including the following components: 7.2 natural graphite powder, 10 sodium nitrate, 18.6 concentrated sulfuric acid and 6.2 Potassium Permanganate, 73% concentrated sulfuric acid, and the preparation of this compound of nitrogen and sulfur hybrid graphene. The preparation method, by chemical oxidation reduction method and water solution method to prepare reductive graphene oxide and nitrogen doped reductive graphene oxide, by the continuous reaction with hydrogen sulfide, preparation of nitrogen and sulfur hybrid graphene materials, hydrogen sulfide, the high efficiency recovery and utilization of the waste gas, has certain environmental and economic benefits, nitrogen doped stone. Graphene can improve the conductivity of graphene oxide and make graphene with new electrical properties. In traditional cell phone lithium batteries, graphene composite conductive powder has been added to improve the charge discharge performance and cycle life of the battery.

【技术实现步骤摘要】
一种氮硫杂化的石墨烯复合材料的制备方法
本专利技术涉及锂离子动力电池正极材料制备领域，具体为一种氮硫杂化的石墨烯复合材料的制备方法。
技术介绍
锂离子电池作为目前较为成熟的二次电池体系，因其具有较高的能量密度和放电电压，已成功应用在人们生活的方方面面，硫锂电池在现代电子领域受到极大关注，其理论能量密度很高，但是离实际应用还有很大的距离。主要问题之一就是导电性问题，因此加入相应的导电材料才能表现较好的电化学性能，石墨烯，是由碳原子组成的单原子层平面薄膜，厚度仅为0.34纳米，单层厚度相当于头发丝直径的十五万分之一，是目前世界上已知的最轻薄、最坚硬的纳米材料，透光性好，能折叠，因为只有一层原子，电子的运动被限制在一个平面上，石墨烯也有着全新的电学属性，但是由于其关键材料的研究已趋近理论值，其能量密度和功率密度的水平无法满足市场的快速发展和性能需求的不断提高。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种氮硫杂化的石墨烯复合材料的制备方法，性能可靠，可用于锂离子动力材料正电极的制备，能量密度和功率密度得到提高，同时引入硫化氢废气进行生产，环保节能，可以有效解决
技术介绍
中的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种氮硫杂化的石墨烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：1）配料：所用原料包括以下组分，天然石墨粉末7.2份、硝酸钠10份、浓硫酸18.6份和高锰酸钾6.2份，浓硫酸的浓度为73％；2）氧化：将天然石墨粉和硝酸钠混合置于冷浴反应锅内，将浓硫酸缓缓加入冷浴反应锅内，进行匀速搅拌，搅拌时间为5min，再将高锰酸钾加入反应体系中，搅拌8min后撤走冷浴；3）加热：将反应后的混合物置于反应釜中进行加热，将反应温度控制在35-40℃左右，充分进行搅拌，搅拌时间为2.5-3h，得到褐色粘稠的悬浮液；4）稀释：将三倍于浓硫酸的蒸馏水加入褐色悬浮液中，控制反应釜，使稀释的悬浮液在80-100℃下进行反应，反应时间为1h，待悬浮液的温度降至52-60℃，加入一定比例双氧水与蒸馏水的混合液，得到亮黄色氧化石墨分散液；5）洗涤：将亮黄色氧化石墨分散液置于离心机中进行离心分离，除去上清液得到固体物，加入三倍于浓硫酸的蒸馏水进行洗涤，然后依次加入盐酸和乙醇进行洗涤两次，盐酸浓度为30％；6）沉淀：将洗涤后的固体物加入石油醚沉淀，静置30min，然后将静置液通过聚四氟乙烯滤膜进行过滤，过滤后的固体物置于坩埚中加热，液体蒸发后得到黄褐色氧化石墨烯固体；7）超声分散：在超声波分散仪中加入离子水，将沉淀后得到的氧化石墨烯固体加入离子水内，缓缓滴入氨水，将反应后的混合物转移至水热釜中进行水热反应，水热反应100-500℃，反应时间8-24小时；8）冷干：将水热反应后的产物分别使用乙醇和水清洗，清洗后通过聚四氟乙烯滤膜进行过滤，再将过滤后固体物放入冷干机内，冷干时间为2.5-3h；9）空干：将上述冷干后的产物加水配置成一定水溶液，水溶液的浓度为40％，将温度控制在25-30℃，将硫化氢通入到水溶液中后，通过聚四氟乙烯滤膜过滤，再将过滤后的产物置于真空烘箱中进行干燥，干燥1.5h后得到氮硫杂化的石墨烯固体。作为本专利技术的一种优选技术方案，氧化时将高锰酸钾分为均匀的五份，等间隔分五次进行投放，投放间隔为3min。作为本专利技术的一种优选技术方案，冷浴使用四氯化碳和干冰进行吸热，冷浴使得氧化反应的温度处在25-30℃。作为本专利技术的一种优选技术方案，超声波分散仪的工作频率为35KHz，温度控制在40-45℃，压力控制在-0.6kPa。作为本专利技术的一种优选技术方案，通入的硫化氢气体，流速1-20ml/min，气体流速50-100ml/min，与硫化氢反应时间4-24小时，反应温度50~150℃。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本氮硫杂化的石墨烯复合材料的制备方法，通过化学氧化还原法和水溶液法制备还原氧化石墨烯以及含氮掺杂的还原氧化石墨烯，通过与硫化氢继续反应，制备氮硫杂化的石墨烯材料，硫化氢这种废气的高效回收利用，具有一定的环保和经济效益，氮掺杂的石墨烯可以提高氧化石墨烯的导电性，使得石墨烯也有着全新的电学属性，在传统的手机锂电池中加入了石墨烯复合导电粉末，提高了电池的倍率充放电性能和循环寿命。附图说明图1为本专利技术一种氮硫杂化的石墨烯复合材料的制备方法流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1，一种氮硫杂化的石墨烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：1）配料：所用原料包括以下组分，天然石墨粉末7.2份、硝酸钠10份、浓硫酸18.6份和高锰酸钾6.2份，浓硫酸的浓度为73％；2）氧化：将天然石墨粉和硝酸钠混合置于冷浴反应锅内，将浓硫酸缓缓加入冷浴反应锅内，进行匀速搅拌，搅拌时间为5min，再将高锰酸钾加入反应体系中，搅拌8min后撤走冷浴，冷浴使用四氯化碳和干冰进行吸热，冷浴使得氧化反应的温度处在25-30℃，氧化时将高锰酸钾分为均匀的五份，等间隔分五次进行投放，投放间隔为3min；3）加热：将反应后的混合物置于反应釜中进行加热，将反应温度控制在35-40℃左右，充分进行搅拌，搅拌时间为2.5-3h，得到褐色粘稠的悬浮液；4）稀释：将三倍于浓硫酸的蒸馏水加入褐色悬浮液中，控制反应釜，使稀释的悬浮液在80-100℃下进行反应，反应时间为1h，待悬浮液的温度降至52-60℃，加入一定比例双氧水与蒸馏水的混合液，得到亮黄色氧化石墨分散液；5）洗涤：将亮黄色氧化石墨分散液置于离心机中进行离心分离，除去上清液得到固体物，加入三倍于浓硫酸的蒸馏水进行洗涤，然后依次加入盐酸和乙醇进行洗涤两次，盐酸浓度为30％；6）沉淀：将洗涤后的固体物加入石油醚沉淀，静置30min，然后将静置液通过聚四氟乙烯滤膜进行过滤，过滤后的固体物置于坩埚中加热，液体蒸发后得到黄褐色氧化石墨烯固体；7）超声分散：在超声波分散仪中加入离子水，超声波分散仪的工作频率为35KHz，温度控制在40-45℃，压力控制在-0.6kPa，将沉淀后得到的氧化石墨烯固体加入离子水内，缓缓滴入氨水，将反应后的混合物转移至水热釜中进行水热反应，水热反应100-500℃，反应时间8-24小时；8）冷干：将水热反应后的产物分别使用乙醇和水清洗，清洗后通过聚四氟乙烯滤膜进行过滤，再将过滤后固体物放入冷干机内，冷干时间为2.5-3h；9）空干：将上述冷干后的产物加水配置成一定水溶液，水溶液的浓度为40％，将温度控制在25-30℃，将硫化氢通入到水溶液中后，通入的硫化氢气体，流速1-20ml/min，气体流速50-100ml/min，与硫化氢反应时间4-24小时，反应温度50~150℃，通过聚四氟乙烯滤膜过滤，再将过滤后的产物置于真空烘箱中进行干燥，干燥1.5h后得到氮硫杂化的石墨烯固体。本专利技术性能可靠，可用于锂离子动力材料正电极的制备，能量密度和功率密度得到提高，性能稳定，同时引入硫化氢废气进行生产，环保节能，加工工艺简单。尽管已经示出和描述了本专利技术的实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮硫杂化的石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于(该氮硫杂化的石墨烯复合材料的制备方法)包括如下步骤：1）配料：所用原料包括以下组分，天然石墨粉末7.2份、硝酸钠10份、浓硫酸18.6份和高锰酸钾6.2份，浓硫酸的浓度为73％；2）氧化：将天然石墨粉和硝酸钠混合置于冷浴反应锅内，将浓硫酸缓缓加入冷浴反应锅内，进行匀速搅拌，搅拌时间为5min，再将高锰酸钾加入反应体系中，搅拌8min后撤走冷浴；3）加热：将反应后的混合物置于反应釜中进行加热，将反应温度控制在35‑40℃左右，充分进行搅拌，搅拌时间为2.5‑3 h，得到褐色粘稠的悬浮液；4）稀释：将三倍于浓硫酸的蒸馏水加入褐色悬浮液中，控制反应釜，使稀释的悬浮液在80‑100℃下进行反应，反应时间为1h，待悬浮液的温度降至52‑60℃，加入一定比例双氧水与蒸馏水的混合液，得到亮黄色氧化石墨分散液；5）洗涤：将亮黄色氧化石墨分散液置于离心机中进行离心分离，除去上清液得到固体物，加入三倍于浓硫酸的蒸馏水进行洗涤，然后依次加入盐酸和乙醇进行洗涤两次，盐酸浓度为30％；6）沉淀：将洗涤后的固体物加入石油醚沉淀，静置30min，然后将静置液通过聚四氟乙烯滤膜进行过滤，过滤后的固体物置于坩埚中加热，液体蒸发后得到黄褐色氧化石墨烯固体；7）超声分散：在超声波分散仪中加入离子水，将沉淀后得到的氧化石墨烯固体加入离子水内，缓缓滴入氨水，将反应后的混合物转移至水热釜中进行水热反应，水热反应100‑500℃，反应时间8‑24小时；8）冷干：将水热反应后的产物分别使用乙醇和水清洗，清洗后通过聚四氟乙烯滤膜进行过滤，再将过滤后固体物放入冷干机内，冷干时间为2.5‑3h；9）空干：将上述冷干后的产物加水配置成一定水溶液，水溶液的浓度为40％，将温度控制在25‑30℃，将硫化氢通入到水溶液中后，通过聚四氟乙烯滤膜过滤，再将过滤后的产物置于真空烘箱中进行干燥，干燥1.5h后得到氮硫杂化的石墨烯固体。...

【技术特征摘要】
1.一种氮硫杂化的石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于(该氮硫杂化的石墨烯复合材料的制备方法)包括如下步骤：1）配料：所用原料包括以下组分，天然石墨粉末7.2份、硝酸钠10份、浓硫酸18.6份和高锰酸钾6.2份，浓硫酸的浓度为73％；2）氧化：将天然石墨粉和硝酸钠混合置于冷浴反应锅内，将浓硫酸缓缓加入冷浴反应锅内，进行匀速搅拌，搅拌时间为5min，再将高锰酸钾加入反应体系中，搅拌8min后撤走冷浴；3）加热：将反应后的混合物置于反应釜中进行加热，将反应温度控制在35-40℃左右，充分进行搅拌，搅拌时间为2.5-3h，得到褐色粘稠的悬浮液；4）稀释：将三倍于浓硫酸的蒸馏水加入褐色悬浮液中，控制反应釜，使稀释的悬浮液在80-100℃下进行反应，反应时间为1h，待悬浮液的温度降至52-60℃，加入一定比例双氧水与蒸馏水的混合液，得到亮黄色氧化石墨分散液；5）洗涤：将亮黄色氧化石墨分散液置于离心机中进行离心分离，除去上清液得到固体物，加入三倍于浓硫酸的蒸馏水进行洗涤，然后依次加入盐酸和乙醇进行洗涤两次，盐酸浓度为30％；6）沉淀：将洗涤后的固体物加入石油醚沉淀，静置30min，然后将静置液通过聚四氟乙烯滤膜进行过滤，过滤后的固体物置于坩埚中加热，液体蒸发后得到黄褐色氧化石墨烯固体；7）超声分散：在超声波分散仪中加入离子水，将沉淀后得到的氧化石墨烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏续瑞，芮忠南，孙兰娟，周萌芳，
申请(专利权)人：南京红太阳新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32