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专利号: 2016112365496
申请人: 山东理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2023-10-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.用聚苯并咪唑(PBI)为碳源和氮源制备高氮含量的二维氮掺杂石墨烯的制备方法,其特征在于:PBI全芳香性可溶性的为碳源和氮源,高分子链是由芳香性的刚性苯并咪唑组成,分子中含有富含氮元素的咪唑环和端氨基;用阳离子表面活性剂改性的蒙脱土形成的疏水夹层为模板,模板剂的疏水性强弱和层间距通过改变阳离子表面活性剂的长链烷基调节,PBI溶液与不同层间距的层状模板剂,按照不同质量比混合;PBI溶液用真空辅助的方法,分多次填充到模板剂的夹层中,PBI分子中的芳香环在夹层内规则排列;在惰性气体保护下,热解、除去模板剂,制备高氮含量的二维氮掺杂石墨烯。

2.根据权利要求1所述的PBI,其特征在于:分子为全芳香性的整个高分子链形成一个大π键,分子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;

全芳香型的PBI,如,聚[2, 2’-(间苯基)-5, 5’-联苯并咪唑](mPBI)、吡啶基团的聚苯并咪唑(PPBI)和带有吡嗪基团的聚苯并咪唑(PzPBI)等等,其结构式分别为:mPBI的结构式

 PPBI的结构式

PzPBI的结构式

聚合物粘均分子量在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)和N-甲基吡咯烷酮等有机溶剂。

3.根据权利要求1所述的模板剂为用阳离子表面活性剂改性的蒙脱土,其特征在于:阳离子表面活性剂的烷基长链的长短可以调控改性蒙脱土的疏水性能和疏水夹层的层间距;

其夹层的层间距在0.2~0.6nm;疏水性的夹层有利于疏水性高分子PBI分子的填入;阳离子表面活性剂选 C8~C16烷基溴化吡啶鎓盐等。

4.根据权利要求1所述的PBI与模板剂改性蒙脱土的质量比为2:1~1:3;混合方式为:称取一定量的模板剂改性蒙脱土在高温炉内120~220℃加热2h,以除去多层材料夹层中吸附水、气体或杂质,冷却,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PBI溶液,使PBI溶液浸泡模板剂,加热下继续抽真空,待容器内无液体后,继续上述操作,直至PBI溶液被用完,抽干,真空干燥箱内60~120℃陈化,烘干,冷却,研细,放入瓷舟,在高温炉内氩气保护下热解2~3h,冷却后,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。

5.根据权利要求1所述的热解温度为700 1000℃。

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6.根据权利要求1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。