[发明专利]一种氧化石墨烯上生长碳纳米片矩阵衍生碳纳米复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种氧化石墨烯上生长碳纳米片矩阵衍生碳纳米复合材料的制备方法。该方法包括：由氧化石墨烯、三聚氯氰和哌嗪通过溶液回流法得到具有矩阵结构的纳米复合材料前驱体，然后碳化。该方法设计简单，前驱体制备容易，一步碳化制备得到具有矩阵结构的碳纳米复合材料，解决了传统碳材料结构单一，易于团聚的问题。

技术领域

本发明属于燃料电池电极催化剂材料的制备领域，特别涉及一种氧化石墨烯上生长碳纳米片矩阵衍生碳纳米复合材料的制备方法。

背景技术

随着全球经济的迅速发展，化石燃料的快速消耗和环境污染的日益恶化，对可持续和可再生能源的需求不断增加，这刺激了研究人员对高效清洁能源转换，开发新型存储设备的深入研究来满足未来全球紧张的能源需求。

在各种储能设备中质子交换膜燃料电池由于其突出的特点：如转换效率高，燃料易得，环境友好，长循环寿命，以及出色的稳定性和安全性，使其成为当今无处不在的门户电子产品，电源备份和混合动力汽车中潜在应用的下一代能源存储系统。最近，质子交换膜燃料电池成功应用于新能源电动汽车。

提到可持续并且环境友好的材料，人们首先想到就是碳材料。碳材料的来源非常丰富，可谓取之不尽用之不竭，化学污染小。一般而言，质子交换膜燃料电池的转换效率和循环稳定性强烈依赖所使用的电极上的催化剂材料。各种多孔碳材料是用于质子交换膜燃料电池电极上催化剂材料最常用的材料，其通过在电极/电解质界面处吸附氧气进行氧还原反应。碳为基础的活性炭，碳的衍生物，碳纳米管和石墨烯等多孔材料由于它们的比表面积高，导电性高以及优异的化学稳定性和热稳定性而被深入研究用作质子交换膜燃料电池的电极上的催化剂。尽管这些碳材料被广泛的运用于电极材料中，但仍然存在着结构单一，易于团聚等问题，因此，发展的具有特殊结构的碳纳米复合材料用于电极材料已成为迫切需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种氧化石墨烯上生长碳纳米片矩阵衍生碳纳米复合材料的制备方法，以克服现有技术中用于燃料电池电极上的碳材料结构单一、易于团聚等缺陷。

本发明的一种氧化石墨烯上生长碳纳米片矩阵衍生碳纳米复合材料的制备方法，由质量比为1-6:1-2:1-5的三聚氯氰、哌嗪和氧化石墨烯通过溶液回流法得到具有矩阵结构的纳米复合材料前驱体。

本发明的一种氧化石墨烯上生长碳纳米片矩阵衍生碳纳米复合材料的制备方法，步骤包括：

(1)将氧化石墨烯分散在溶剂中，分别加入三聚氯氰、哌嗪，搅拌，-5-5℃反应，再室温反应，然后回流反应，过滤，离心并干燥，加入丙酮或者乙醇，离心，洗涤，真空干燥，得到具有矩阵结构的纳米复合材料前驱体，其中氧化石墨烯与溶剂的比例为50-500mg:40-400mL；

(2)将步骤(1)中具有矩阵结构的纳米复合材料前驱体置于惰性气氛下碳化，水洗、真空干燥，得到氧化石墨烯上生长碳纳米片矩阵衍生碳纳米复合材料。

所述步骤(1)中的氧化石墨烯由Hummers方法制得。

所述步骤(1)中溶剂为四氢呋喃。

所述步骤(1)中-5-5℃反应时间为3-5h；室温反应时间为1-3h。

所述步骤(1)中搅拌回流时间为过夜。

所述步骤(1)、(2)中真空干燥为：在真空烘箱中60-80℃干燥6-18h。

所述步骤(2)中惰性气氛为氩气氛围。

所述步骤(2)中碳化的工艺参数为：升温速率2-5℃/min，碳化温度700-1000℃，保温时间1-5h。

所述步骤(2)中水洗为采用去离子水洗涤6～12h。

本发明提供一种氧化石墨烯上生长碳纳米片矩阵衍生碳纳米复合材料的制备方法制备的氧化石墨烯上生长碳纳米片矩阵衍生碳纳米复合材料。