一种杂原子掺杂空心球石墨烯复合材料及制备方法与应用

摘要

本发明属于碳材料与电化学技术领域，公开了一种杂原子掺杂空心球石墨烯复合材料及制备方法与应用。所述方法为：首先将苯乙烯、聚乙烯基吡咯烷酮、2,2'-偶氮二异丁基脒二盐酸盐和水混合，在一定条件下反应制备带正电荷聚苯乙烯球；其次，将氧化石墨烯水分散液与带正电荷的聚苯乙烯球水分散液搅拌反应制备氧化石墨烯@聚苯乙烯球复合物；再次，向氧化石墨烯@聚苯乙烯球复合物中加入杂原子掺杂源化合物和溶剂，混合，涂覆，冷冻干燥，得到固体薄膜；最后，将负载有固体薄膜的衬底置于等离子体高温管式反应器中进行反应，得到杂原子掺杂空心球石墨烯复合材料。所制备的材料具有较高的比表面积和较好的电性能，应用于超级电容器领域。

主权项

一种杂原子掺杂空心球石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：(1)带正电荷聚苯乙烯球模板剂的制备在搅拌的条件下，将苯乙烯，聚乙烯基吡咯烷酮，2,2'‑偶氮二异丁基脒二盐酸盐和水依次加入反应容器中，通入N₂，一段时间后升温至50～80℃，聚合反应12～48h，依次用乙醇和去离子水离心清洗直至上清液导电率低于10μS，过滤，得到带正电荷的聚苯乙烯球；(2)具有核壳结构的氧化石墨烯@聚苯乙烯球复合物的制备将步骤(1)中带正电荷的聚苯乙烯球用水配成带正电荷的聚苯乙烯球分散液；将氧化石墨烯用水配成氧化石墨烯水分散液；向装有带正电荷的聚苯乙烯球分散液反应容器中加入氧化石墨烯水分散液，磁力搅拌反应12～24h，过滤，得到具有核壳结构的氧化石墨烯@聚苯乙烯球复合物；(3)固体薄膜的制备向步骤(2)中的氧化石墨烯@聚苯乙烯球复合物中加入杂原子掺杂源化合物和溶剂，混合12～24h，得到涂覆液；然后将涂覆液涂覆到衬底表面，冷冻干燥，得到具有核壳结构的氧化石墨烯@聚苯乙烯球及杂原子掺杂源的固体薄膜；(4)杂原子掺杂空心球石墨烯的等离子体法制备将步骤(3)的负载有固体薄膜的衬底置于等离子体高温管式反应器中，采用机械泵抽真空降压至1～10Pa，再采用分子泵继续抽真空至10^‑2～10^‑3Pa，接着通入还原性气体至压强为0.1～20Pa，然后升温至300～600℃，打开射频电源，在射频功率为100～600W的条件下，等离子体放电10～60min，然后关闭射频和加热电源，冷却，放入稀酸溶液中浸泡，清洗，烘干，即得杂原子掺杂空心球石墨烯复合材料。