[发明专利]带吡啶基团的聚苯并咪唑制备高氮含量的三维氮掺杂石墨烯

权利要求书

1.一种制备高氮含量的三维氮掺杂石墨烯的方法，其特征在于: 采用可溶性的全芳香性的含有吡啶基团的聚苯并咪唑(PPBI)作为氮源和碳源，该高分子内的吡啶环和苯并咪唑环之间形成共轭结构的大π键，该类芳香性的刚性分子规则地排列在模板剂纳米颗粒的表面，在氩气保护下，热解，去除模板剂后即可得到高氮含量的三维氮掺杂石墨烯，且吡啶环的存在可以增加氮掺杂石墨烯中吡啶氮的含量；PPBI是由芳香性的刚性吡啶环和苯并咪唑组成，且分子中含有富含氮元素的吡啶环、咪唑环和端氨基，在氩气保护下热解，易形成氮掺杂石墨烯结构，分子中的羧基热解时脱羧产生的二氧化碳起到造孔作用使孔隙间互通；PPBI溶液与不同粒径模板剂采用不同质量比混合、搅拌、蒸出溶剂、真空干燥、研磨，在高温炉内，氩气保护下热解2-3h，待冷却后，取出，用稀酸洗涤以去除模板剂和活化工艺，制备得到三维氮掺杂石墨烯；所述的得到的三维氮掺杂石墨烯，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；也可用于催化电解水氧析出反应的催化剂；还可用于超级电容器的电极材料。

2.根据权利要求1所述的一种制备高氮含量的三维氮掺杂石墨烯的方法，其特征在于：聚苯并咪唑为带吡啶基团的聚苯并咪唑（PPBI），聚合物分子中含有的吡啶环与苯并咪唑环共轭，整个高分子为全芳香性的，其粘均分子量在1～3万之间，可以溶解在二甲基乙酰胺（DMAc），二甲基甲酰胺（DMF），二甲基亚砜（DMSO），N-甲基吡咯烷酮，二甲苯中的任意一种有机溶剂中。

3.根据权利要求1所述的一种制备高氮含量的三维氮掺杂石墨烯的方法，其特征在于：纳米模板剂为SiO₂、氧化镁、氧化铁、氢氧化铁，粒径在5～50nm，颗粒形状是纳米球型、立方体、多棱柱体、圆柱状中的任意一种形状。

4.根据权利要求1所述的一种制备高氮含量的三维氮掺杂石墨烯的方法，其特征在于：PPBI与纳米模板剂的质量比为3:1～1:3；混合方式为：PPBI溶液与纳米颗粒混合均匀后，搅拌下加热蒸出溶剂至近干，真空干燥，研细，热解，用稀酸洗涤以去除模板剂。

5.根据权利要求1所述的一种制备高氮含量的三维氮掺杂石墨烯的方法，其特征在于：热解温度为800～1100℃。