一种氮硫共掺杂石墨烯多壁碳纳米管复合膜的制备方法技术

本发明专利技术的目的在于提供一种氮硫共掺杂石墨烯多壁碳纳米管复合膜的制备方法，属于石墨烯基复合膜材料的制备、表面功能化修饰和应用的技术领域，本发明专利技术以多壁碳纳米管与氧化石墨为前驱体，在成膜剂海藻酸钠的辅助作用下，依次经真空抽滤及气相还原转换，使多壁碳纳米管桥连在石墨烯片层之间并实现氮硫共掺杂，合成具有高机械韧性及兼具三维类珍珠岩结构的氮硫共掺杂石墨烯多壁碳纳米管复合膜。硫共掺杂石墨烯多壁碳纳米管复合膜。硫共掺杂石墨烯多壁碳纳米管复合膜。

【技术实现步骤摘要】
一种氮硫共掺杂石墨烯多壁碳纳米管复合膜的制备方法


[0001]本专利技术属于石墨烯基复合膜材料的制备、表面功能化修饰和应用的
，具体涉及一种氮硫共掺杂石墨烯多壁碳纳米管复合膜的制备方法。

技术介绍

[0002]单层石墨烯优异的理论性能受到材料科学领域的追捧，然而在实际应用过程中，大石墨烯片层之间常因强烈的π
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π发生不可逆的堆叠，因此形成的石墨烯宏观材料的理化性能远低于单层石墨烯，进而限制石墨烯的实际应用潜力。
[0003]利用真空抽滤及气相还原法，将多壁碳纳米管插层在石墨烯片层之间，同时进行氮硫共掺杂，进而构筑三维类珍珠岩结构的复合膜是可行的。复合膜中石墨烯与多壁碳纳米管相互支撑，可显著增强复合膜的机械韧性并丰富膜的孔结构类型，氮硫共掺杂复合膜可以增加材料的电化学活性，此技术的提升还在进一步的科学研究中。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种氮硫共掺杂石墨烯多壁碳纳米管复合膜的制备方法，本专利技术以多壁碳纳米管与氧化石墨为前驱体，在成膜剂海藻酸钠的辅助作用下，依次经真空抽滤及气相还原转换，使多壁碳纳米管桥连在石墨烯片层之间并实现氮硫共掺杂，合成具有高机械韧性及兼具三维类珍珠岩结构的氮硫共掺杂石墨烯多壁碳纳米管复合膜。
[0005]本专利技术采用如下技术方案：一种氮硫共掺杂石墨烯多壁碳纳米管复合膜的制备方法，包括如下步骤：第一步，通过强力超声将氧化石墨和海藻酸钠均匀分散于超纯水中，得到混合物；第二步，量取多壁碳纳米管浆液，加入第一步的混合物中，并施加强力超声，混合均匀后，开始真空抽滤，得到氧化石墨多壁碳纳米管复合膜，置于氯化钙溶液中浸渍；第三步，浸渍结束后，剥离出氧化石墨多壁碳纳米管复合膜，并于室温下进行干燥；第四步，向聚四氟乙烯内衬中加入硫脲溶液及乙二胺，然后将干燥后的氧化石墨多壁碳纳米管复合膜置于反应釜中内置的聚四氟乙烯柱顶部，最后将反应釜闭合并置于烘箱内反应，反应结束后，即合成氮硫共掺杂石墨烯多壁碳纳米管复合膜；第五步，先后使用超纯水及无水乙醇浸没清洗复合膜，最后将复合膜于室温下干燥，最终得到目标产物氮硫共掺杂石墨烯多壁碳纳米管复合膜。
[0006]进一步地，第一步中所述氧化石墨、海藻酸钠和超纯水的比例为0.01g:0.002g：10mL，强力超声时间为30min。
[0007]进一步地，第二步中所述多壁碳纳米管浆液的质量为35mg，强力超声时间为15min，氯化钙溶液的体积为30mL，浓度为4mg/mL，浸渍时间为12h。
[0008]进一步地，第四步中所述硫脲溶液和乙二胺的体积比为10mL：50μL，反应温度为180℃，反应时间为720min。
[0009]进一步地，第五步中所述超纯水的体积为500mL，无水乙醇的体积为100mL。
[0010]本专利技术的有益效果如下：本专利技术与
技术介绍
相比具有明显的先进性，是为缓解石墨烯宏观材料中石墨片层之间不可逆堆叠造成的性能衰退，以多壁碳纳米管与氧化石墨为前驱体，在成膜剂海藻酸钠的辅助作用下，依次经真空抽滤及气相还原转换，使多壁碳纳米管插层石墨烯片层之间并桥连临近的石墨烯片层，同时实现氮硫共掺杂，合成具有高机械韧性及兼具三维类珍珠岩结构的氮硫共掺杂石墨烯多壁碳纳米管复合膜；构筑的器件可以点亮1.5 V的发光二极管；器件即使经历不同角度的弯曲，电容性能也不会呈现显著的衰退。
附图说明
[0011]图1为复合膜的制备装置示意图；其中：1
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滤杯；2
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滤膜；3
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滤头；4
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抽滤瓶；5
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滤液；6
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橡胶管；7
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真空泵；8
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显示屏；9
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电源开关；10
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指示灯；11
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鼓风干燥箱；12
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反应釜盖；13
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反应釜；14
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干燥箱显示屏；15
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烘箱底座；16
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加热时间控制器；17
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加热温度控制器；18
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电源开关；19
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指示灯；20
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乙二胺；21
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反应釜内衬；22
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聚四氟乙烯柱；23
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复合膜；24
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聚四氟乙烯内衬盖；25
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鼓风干燥箱内腔；26
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硫脲；图2为复合膜的场发射扫描电子显微镜图像；图3为复合膜的X射线光电子能谱全谱；图4为复合膜搭建的器件点亮发光二极管的照片；图5为复合膜和氧化石墨的X射线衍射强度图谱；图6为复合膜器件在不同弯曲角度下于50 mV s
‑
1时的循环伏安曲线。
具体实施方式
[0012]以下结合实施例对本专利技术做进一步说明。
[0013]图1所示，为复合膜的制备状态图，各部位置、连接关系要正确，安装牢固。
[0014]流动自组装装置如图1a所示，滤杯1与滤头3紧密夹在一起并套于抽滤瓶4上，抽滤瓶4内为流动自组装过程中滤出的滤液，滤膜2夹在滤杯1和滤头3之间，用橡胶管6连接抽滤瓶4和真空泵7，真空泵7上设有显示屏8，电源开关9和指示灯10；气相还原装置如图1b所示，鼓风干燥箱11为立式，鼓风干燥箱内腔25底部放置有反应釜13，反应釜13内置反应釜内衬21，反应釜内衬21内置聚四氟乙烯柱22、乙二胺20和硫脲26，聚四氟乙烯柱22顶部放置复合膜23，并将聚四氟乙烯内衬盖24盖住；反应釜13上部为反应釜盖12；烘箱底座15上设有干燥箱显示屏14，加热时间控制器16，加热温度控制器17，电源开关18，指示灯19。
[0015]本专利技术使用的化学物质材料为：氧化石墨、多壁碳纳米管、海藻酸钠、硫脲、乙二胺、氯化钙、无水乙醇、超纯水，其准备用量如下：以g、mL、cm3、μL为计量单位。
[0016]氧化石墨：C
x
H
y
O
z
，0.0100 g；多壁碳纳米管：C，0.0070 g；海藻酸钠：(C6H7O6Na)
n
，0.0020 g；硫脲：CH4N2S，0.1000 g；
乙二胺：C2H8N2，100 μL；氯化钙：CaCl2，0.040 g；无水乙醇：CH3CH2OH，1000mL；超纯水：H2O，1000mL；氮气：N2，600000 cm3。
[0017]制备方法如下：（1）精选化学物质材料对制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质纯度、浓度、粘度及含量控制：氧化石墨：固态固体，含碳量70.46%、含氢量3.31%、含氧量26.23%。
[0018]多壁碳纳米管：浆液，质量分数2.0%。
[0019]海藻酸钠：固态固体，纯度99.7%。
[0020]硫脲：固态固体，纯度99.7%。
[0021]乙二胺：液态液体，分析本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮硫共掺杂石墨烯多壁碳纳米管复合膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：第一步，通过强力超声将氧化石墨和海藻酸钠均匀分散于超纯水中，得到混合物；第二步，量取多壁碳纳米管浆液，加入第一步的混合物中，并施加强力超声，混合均匀后，开始真空抽滤，得到氧化石墨多壁碳纳米管复合膜，置于氯化钙溶液中浸渍；第三步，浸渍结束后，剥离出氧化石墨多壁碳纳米管复合膜，并于室温下进行干燥；第四步，向聚四氟乙烯内衬中加入硫脲溶液及乙二胺，然后将干燥后的氧化石墨多壁碳纳米管复合膜置于反应釜中内置的聚四氟乙烯柱顶部，最后将反应釜闭合并置于烘箱内反应，反应结束后，即合成氮硫共掺杂石墨烯多壁碳纳米管复合膜；第五步，先后使用超纯水及无水乙醇浸没清洗复合膜，最后将复合膜于室温下干燥，最终得到目标产物氮硫共掺杂石墨烯多壁碳纳米管复合膜。2.根据权利要求1所述的一种氮...

【专利技术属性】
技术研发人员：张二辉，唐婧，毛月圆，过家好，李子荣，周永生，
申请(专利权)人：安徽科技学院，
类型：发明
国别省市：