[发明专利]一种高耐压的掺杂三维多孔石墨烯/活性炭电极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种高耐压的掺杂三维多孔石墨烯/活性炭电极材料的制备方法，采用混合蒸汽工艺的制备方法，其特征在于，所述材料包括石墨烯、活性炭与杂原子，所述石墨烯为多孔的片层结构，石墨烯片层相互交错形成三维网状结构，所述活性炭分布于所述三维网状结构之间，所述杂原子均匀分布在石墨烯与活性炭上；按质量百分比计，所述电极材料的组成为：石墨烯为5～95％，活性炭为5～95％和杂原子为0～10％，所述杂原子包括硼原子、氮原子、硫原子或者磷原子中的任意一种或者几种的混合物；

所述方法包括如下步骤：

(1)制备氧化石墨烯分散液：按照0.5～10:1，g/L的质量体积比将氧化石墨烯粉体加入水或有机溶剂中，超声搅拌30～240min，再进行机械剥离，得到均匀分散的氧化石墨烯分散液；

(2)制备掺杂石墨烯/活性炭前驱体：将活性炭以及杂原子源加入步骤(1)中的氧化石墨烯分散液中，用均质机进行分散5～30min至均匀得到掺杂石墨烯/活性炭前驱体分散液，其中反应物前体的比例按最终所需的比例进行调节，使氧化石墨烯的质量分数为5～95％、活性炭的质量分数为5～95％以及杂原子的质量分数为0～10％，最后在100-200℃下水热反应4～24h，获得三维柱状结构；

(3)等离子体处理：将步骤(2)中的掺杂石墨烯/活性炭前驱体进行冷冻干燥后，于混合蒸汽下进行等离子体处理1～15min，所述混合蒸汽为水蒸气与氮气、氨气、硫化氢或者吡啶中的任意一种组成的混合蒸汽；

(4)煅烧：将经过等离子体处理的粉末置入密闭的炉子，在混合气体的保护气氛下，于300～800℃煅烧0.5～10h即可获得高耐压的掺杂石墨烯/活性炭电极材料。

2.根据权利要求1所述一种高耐压的掺杂三维多孔石墨烯/活性炭电极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮或者N，N-二甲基甲酰胺。

3.根据权利要求1所述一种高耐压的掺杂三维多孔石墨烯/活性炭电极材料的制备方法，其特征在于，所述杂原子源包括硼掺杂源、氮掺杂源、硫掺杂源或者磷掺杂源中的一种或者几种的混合物，所述硼掺杂源包括硼酸、硼酸钠或者硼酸铵中的任意一种；所述氮掺杂源包括氨水、吡咯、吡啶、苯胺、聚苯胺、尿素、硫脲、三聚氰胺、双氰胺或者乙二胺中的任意一种；所述硫掺杂源包括硫化钠、硫化钾、硫化铵、硫脲、噻吩或者氨基噻吩中的任意一种；所述磷掺杂源包括磷酸、磷酸二氢铵或者磷酸氢铵中的任意一种。

4.根据权利要求1所述一种高耐压的掺杂三维多孔石墨烯/活性炭电极材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述干燥在真空干燥仪器中进行。

5.根据权利要求1所述一种高耐压的掺杂三维多孔石墨烯/活性炭电极材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述等离子体处理时的功率为50～200W。

6.根据权利要求1所述一种高耐压的掺杂三维多孔石墨烯/活性炭电极材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述混合气体为氢气与氮气或者氩气混合形成。