吡啶氮富集超薄碳纳米片材料及其金属复合材料的制备方法技术

一种氮掺杂碳纳米片材料及其金属复合材料的制备方法及其应用。具体是将氮源和碳源混合，于高温条件下反应得到，该混合为固相混合。氮源可为三聚氰胺、二聚氰胺、单氰胺或尿素等，碳源可为GAH(D‑氨基葡萄糖盐酸盐)、葡萄糖或2‑甲基咪唑等。本发明专利技术得到的氮掺杂碳纳米片材料及其金属复合材料在组成和结构上具有较高的氮掺杂水平和大小分级的多孔组合结构，在性能上具有较高的比电容、较好的化学稳定性和热稳定性、较强的循环稳定性、较理想的导电性等优点。将该复合电极作为超级电容器工作电极材料进行测试，在大电流密度条件下仍能具有较高的比电容量、较好的倍率性能和循环稳定性。

【技术实现步骤摘要】
吡啶氮富集超薄碳纳米片材料及其金属复合材料的制备方法
本专利技术涉及纳米碳复合材料领域，特别涉及一种吡啶氮富集超薄碳纳米片及其金属复合材料复合物的制备方法。
技术介绍
由于传统化石能源的不断消耗和全球对能源的需求量日益增加，能源短缺问题已经迫在眉睫。因此，电化学研究者们花费了大量的努力用开发先进的能源转换与存储设备。在各种各样的储能设备体系中，具有高能量密度的超级电容器被认为是极具前景并能满足人类生产需求的储能装置。传统的超级电容器根据存储电能机理的不同可分为两类，一种是“双电层电容器”其电极/电解液上的电荷分离现象会产生双电层电容，另一种是“法拉第准电容”，主要由贵金属及其氧化物电极构成，其电容的产生基于电活性离子在电极表面发生的欠电位沉积现象，或在电极表面及体相中因氧化还原反应而产生的吸附电容，该类电容产生机制虽然具有较大的比电容，但是循环寿命较短。传统超级电容器根据结构及电极上发生反应的不同,又可分为对称型和非对称型。如果两个电极的组成相同且电极反应相同,反应方向相反,则被称为对称型。碳电极双电层电容器,贵金属氧化物电容器即为对称型电容器。如果两电极组成不同或反应不同,则被称为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种吡啶氮富集超薄碳纳米片材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将氮源和碳源混合后加溶剂溶解，水浴加热条件下搅拌混合，然后烘干，得到固体混合物；(2)将步骤(1)得到的固体混合物磨成粉末状，用氮气或氩气作保护气，升温至500‑600℃并保持，然后继续加热至670℃‑1100℃并保持，得到黑色粉末状固体即为吡啶氮富集的纳米片材料。

【技术特征摘要】
1.一种吡啶氮富集超薄碳纳米片材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将氮源和碳源混合后加溶剂溶解，水浴加热条件下搅拌混合，然后烘干，得到固体混合物；(2)将步骤(1)得到的固体混合物磨成粉末状，用氮气或氩气作保护气，升温至500-600℃并保持，然后继续加热至670℃-1100℃并保持，得到黑色粉末状固体即为吡啶氮富集的纳米片材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述的磨成粉末状为用球磨机研磨，步骤(2)所述的升温至500-600℃并保持，其中升温至500-600℃的速率为0.5℃/min-20℃/min，保持的时间为1-8小时，优选为2小时；步骤(2)所述的然后继续加热至670℃-1100℃并保持，其中加热温度为800℃，保持时间为1-8小时，优选为2小时。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述的氮源为三聚氰胺、二聚氰胺、单氰胺、尿素中的一种或多种；所述的碳源为GAH(D-氨基葡萄糖盐酸盐)、葡萄糖、均苯四甲酸酐、2-甲基咪唑中的一种或多种；所述的氮源和碳源混合为固相混合；所述的溶剂为去离子水。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的将氮源和碳源混合后加溶剂溶解，水浴加热条件下搅拌混合，然后烘干，得到固体混合物的具体方法是以A-H所述方法中的一种：A.将三聚氰胺、GAH(D-氨基葡萄糖盐酸盐)、2-甲基咪唑、均苯四甲酸酐按照质量比依次为19：0.8：0.1：0.1的用量比，依次取各反应物19g、0.8g、0.1g、0.1g混合后加入40mL去离子水溶解，水浴加热条件下搅拌混合均匀，置于烘箱中40-48小时，得到淡黄色固体混合物；B.将三聚氰胺和GAH(D-氨基葡萄糖盐酸盐)2-甲基咪唑及均苯四甲酸酐按照质量比40:0.8:0.1:0.1分别将上述反应物40、0.8g、0.1g、0.1g混合后加入40mL去离子水溶解，水浴加热条件下搅拌混合均匀，在烘箱中烘干48h，得到淡黄色固体混合物；C.将三聚氰胺和GAH(D-氨基葡萄糖盐酸盐)、2-甲基咪唑及均苯四甲酸酐按照质量比20：0.8：0.1：0.1分别将上述反应物20g、0.8g、0.1g、0.1g混合后加入40mL去离子水溶解，水浴加热条件下搅拌混合均匀，在烘箱中烘干48h，得到淡黄色固体混合物；D.将三聚氰胺和GAH(D-氨基葡萄糖盐酸盐)、2-甲基咪唑及均苯四甲酸酐按照质量比21：0.7：0.1：0.2分别将上述反应物21g、0.7g、0.1g、0.2g混合后加入40mL去离子水溶解，水浴加热条件下搅拌混合均匀，在烘箱中烘干约48h，得到淡黄色固体混合物；E.将三聚氰胺和GAH(D-氨基葡萄糖盐酸盐)、2-甲基咪唑及均苯四甲酸酐按照质量比20：0.6：0.2；0.2分别将上述反应物20g、0.6g、0.2g、0.2g混合后加入40mL去离子水溶解，水浴加热条件下搅拌混合均匀，在烘箱中烘干48h，得到淡黄色固体混合物；F.将三聚氰胺和GAH(D-氨基葡萄糖盐酸盐)、2-甲基咪唑及均苯四甲酸酐按照质量比20：0.8：0.1：0.1分别将上述反应物20g、0.8g、0.1g、0.1g混合后加入40mL去离子水溶解，水浴加热条件下搅拌混合均匀，在烘箱中烘干48h，得到淡黄色固体混合物；G.将三聚氰胺和GAH(D-氨基葡萄糖盐酸盐)、2-甲基咪唑及均苯四甲酸酐按照质量比20：0.8：0.1：0.1分别将上述反应物20g、0.8g、0.1g、0.1g混合后加入40mL去离子水溶解，水浴加热条件下搅拌混合均匀，在烘箱中烘干48h，得到淡黄色固体混合物；H.将三聚氰胺和GAH(D-氨基葡萄糖盐酸盐)、2-甲基咪唑及均苯四甲酸酐按照质量比20：0.8：0.1：0.1分别将上述反应物20g、0.8g、0.1g、0.1g混合后加入40mL去离子水溶解，水浴加热条件下搅拌混合均匀，在烘箱中烘干48h，得到淡黄色固体混合物。5.一种吡啶氮富集超薄碳纳米片金属复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一、将氮源、碳源和过渡金属混合后加溶剂溶解，水浴加热条件下搅拌混合，烘干，得到固体混合物；步骤二、将步骤一得到的固体混合物磨成粉末状，用氮气或氩气作保护气，温至500-600℃并保持1-8小时，再升温至800℃，得到黑色粉末状固体即得所制备的吡啶氮富集超薄碳纳米片金属复合材料。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤二所述的磨成粉末状为用球磨机研磨，步骤二所述的升温至500-600℃并保持，其中升温至500-600℃的速率为0.5℃/min-20℃/min，保持的时间为1-8小时，优选为2小时；步骤(2)所述的然后继续加热至670℃-1100℃并保持，其中加热温度为800℃，保持时间为1-8小时，优选...

【专利技术属性】
技术研发人员：李涛，周岩松，赵帅，郭文，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42