[发明专利]一种高氮含量的二维氮掺杂石墨烯的制备方法

权利要求书

1.一种高氮含量的二维氮掺杂石墨烯的制备方法，其特征在于：选用高分子链是由芳香性的刚性苯并咪唑组成，且分子中含有富含氮元素的咪唑环和端氨基的可溶性的聚（2,5-苯并咪唑）（ABPBI）为碳源和氮源，用阳离子表面活性剂改性的蒙脱土为模板，可溶性的ABPBI的溶液用真空辅助的方法填充到模板剂的夹层中， ABPBI分子中的芳香环在夹层内规则排列，其分子中富含氮元素的咪唑环和端氨基，在惰性气体保护下，热解、用氢氟酸洗涤除去模板剂，制备高氮含量的二维氮掺杂石墨烯；ABPBI是可溶性的，其苯并咪唑环是刚性的芳香性环，在热解时易形成氮掺杂石墨烯结构，分子中的羧基热解时脱羧起到造孔作用；阳离子表面活性剂用C₆~C₁₈烷基三甲基溴化铵型，模板剂的疏水性夹层的层间距为0.2～0.6 nm，ABPBI与模板剂按2:1～1:3的质量比混合、氩气保护下高温炉内在700～1000℃下，热解2～3h，用氢氟酸去模板即可得到二维氮掺杂石墨烯，所述的高氮含量的二维氮掺杂石墨烯，应用于催化氧还原反应的催化剂，用在金属空气电池、燃料电池；也用于催化电解水氧析出反应的催化剂；还用于超级电容器的电极材料。

2.根据权利要求1所述的一种高氮含量的二维氮掺杂石墨烯的制备方法，其特征在于：ABPBI高分子链是由芳香性的刚性苯并咪唑组成，且分子中含有富含氮元素的咪唑环和端氨基；聚合物粘均分子量在1～3万之间，能溶解在二甲基乙酰胺（DMAc）、二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基亚砜（DMSO）或N-甲基吡咯烷酮任意一种有机溶剂中。

3.根据权利要求1所述的一种高氮含量的二维氮掺杂石墨烯的制备方法，其ABPBI与模板剂的质量比为2:1～1:3；混合方式为：称取一定量的模板剂，在高温炉内160～220℃加热2h，以除去多层材料夹层中吸附的水、气体或杂质；待冷至室温，转移到连有真空泵的压力容器内，抽真空30～40 min，用注射器向压力容器内注射一定量的ABPBI溶液，使ABPBI溶液浸泡模板剂，继续抽真空，待容器内无液体后，继续上述操作直至ABPBI溶液被用完，抽干即可；把吸入ABPBI溶液的模板剂，取出在真空干燥箱内60～120℃陈化，待冷却至室温的样品取出，研细，放入瓷舟，在高温炉内氩气保护下，700～1000℃下，热解2～3h，待炉温冷却后，取出样品，用氢氟酸洗去模板剂，用去离子水洗去酸，在真空干燥箱内80～120℃下干燥，即得到黑色的二维氮掺杂石墨烯产品。