專利名稱：碳材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及碳納米復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
碳有多種存在形式，包括常見(jiàn)的石墨、金剛石、無(wú)定型碳和近年發(fā)現(xiàn)的碳60、碳納米管和石墨烯。這些材料雖然都由碳元素構(gòu)成，但結(jié)構(gòu)和性質(zhì)差別極大。其中石墨烯為由單片石墨構(gòu)成的單層石墨或多層石墨材料。碳納米管為單層石墨烯卷曲構(gòu)成的管狀結(jié)構(gòu)，可為單壁碳納米管和多壁碳納米管。石墨烯與碳納米管材料具有許多優(yōu)良的性質(zhì)，比如具有極高的導(dǎo)電能力和機(jī)械性能，兩者在納米級(jí)別的復(fù)合材料將會(huì)比單一材料在某些方面有更 為優(yōu)良的性質(zhì)。因此無(wú)論從研究和工業(yè)應(yīng)用方面都急需一種簡(jiǎn)單可行的大規(guī)模制備方法，由此提出本發(fā)明。發(fā)明概述本發(fā)明的一方面提供了通過(guò)在電極之間放電來(lái)制備石墨烯與碳納米管復(fù)合物的方法，其中陽(yáng)極包括碳材料和含金屬的材料，所述含金屬的材料選自過(guò)渡金屬或稀土元素的氧化物、無(wú)機(jī)鹽或有機(jī)鹽或其混合物，或者由上述一種或多種與金屬Fe、Ni、Mo、Cr或Y中的一種或多種組成的混合物。本發(fā)明的另一方面提供了由以上方法制得的石墨烯與碳納米管復(fù)合物。發(fā)明詳述在以下的說(shuō)明中，包括某些具體的細(xì)節(jié)以對(duì)各個(gè)公開的實(shí)施方案提供全面的理解。然而，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，不采用一個(gè)或多個(gè)這些具體的細(xì)節(jié)，而采用其它方法、部件、材料等的情況下可實(shí)現(xiàn)實(shí)施方案。除非本申請(qǐng)中另外要求，在整個(gè)說(shuō)明書和其后的權(quán)利要求書中，詞語(yǔ)“包括”應(yīng)解釋為開放式的、含括式的意義，即“包括但不限于”。在整個(gè)本說(shuō)明書中提到的“一實(shí)施方案”或“實(shí)施方案”或“在另一實(shí)施方案中”或“在某些實(shí)施方案中”意指在至少一實(shí)施方案中包括與該實(shí)施方案所述的相關(guān)的具體參考要素、結(jié)構(gòu)或特征。因此，在整個(gè)說(shuō)明書中不同位置出現(xiàn)的短語(yǔ)“在一實(shí)施方案中”或“在實(shí)施方案中”或“在另一實(shí)施方案中”或“在某些實(shí)施方案中”不必全部指同一實(shí)施方案。此夕卜，具體要素、結(jié)構(gòu)或特征可以任何適當(dāng)?shù)姆绞皆谝粋€(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中結(jié)合。本發(fā)明中所用的術(shù)語(yǔ)“石墨烯”是指其分子構(gòu)成單元為由“單層石墨”構(gòu)成的單層或多層(通常為1-30層)石墨材料，分別為“單層石墨烯”和“多層石墨烯”。術(shù)語(yǔ)“單層石墨”是指由單層碳原子組成的二維平面分子骨架，其單片面積大小在IOnm2到1000 μ m2之間，單片厚度約在O. 34nm到2nm之間。“石墨烯”中的層邊緣部分的碳原子根據(jù)具體的制備方法和制備條件的不同也可已連接不同的官能團(tuán)，如羥基、氨基、羧基、環(huán)氧基團(tuán)或氫原子等。本發(fā)明的一方面提供了通過(guò)在電極之間放電來(lái)制備石墨烯與碳納米管復(fù)合物的方法，其中陽(yáng)極包括碳材料和含金屬的材料，所述含金屬的材料選自過(guò)渡金屬或稀土元素的氧化物、無(wú)機(jī)鹽或有機(jī)鹽或其混合物，或者由上述一種或多種與金屬Fe、Ni、Mo、Cr或Y中 的一種或多種組成的混合物。在本發(fā)明中使用的過(guò)渡金屬選自Fe、Ni、Mo*Cr。在本發(fā)明中使用的稀土兀素選自Sc、Y及鑭系中的La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、 Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu。能夠用于本發(fā)明方法的過(guò)渡金屬或稀土元素的無(wú)機(jī)鹽包括過(guò)渡金屬或稀土元素 的無(wú)機(jī)酸鹽，包括但不限于碳酸鹽、硝酸鹽、硫酸鹽和磷酸鹽。能夠用于本發(fā)明方法的過(guò)渡金屬或稀土元素的有機(jī)鹽包括過(guò)渡金屬或稀土元素 的有機(jī)酸鹽，包括但不限于草酸鹽、檸檬酸鹽、蘋果酸鹽、琥珀酸鹽、硬脂酸鹽和棕櫚酸鹽。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，基于所述含金屬的材料與所述碳材料的總摩爾量，所述 含金屬的材料的摩爾含量為0. 1-8 %，優(yōu)選1-5 %，更優(yōu)選1-4 %，最優(yōu)選0. 8-3. 5 %，所述過(guò) 渡金屬與所述稀土元素的摩爾比為8 1至1 : 2，優(yōu)選6 1至4 1，更優(yōu)選5 1至 4 1，最優(yōu)選 4. 5 1 至 4 : 1。本發(fā)明所用的碳材料為石墨、煤、浙青或碳纖維，或它們的混合物，優(yōu)選碳纖維或 者碳纖維與石墨的混合物。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，放電在包含惰性氣體與對(duì)碳具有一定反應(yīng)性的其它 氣體的混合氣體氣氛中進(jìn)行，所述惰性氣體選自N2、He、Ne、Ar、Kr或Xe,優(yōu)選為He或Ar或 其混合物，所述對(duì)碳具有一定反應(yīng)性的其它氣體選自NH3、H2、C02、空氣或02，優(yōu)選為順3或
在本發(fā)明更優(yōu)選的實(shí)施方案中，混合氣體中對(duì)碳具有一定反應(yīng)性的其它氣體的 分壓為5%至80%，優(yōu)選8 %至70%，更優(yōu)選10 %至60%，最優(yōu)選12. 5%至50%?；旌?氣體的總氣壓為400-760mmHg，優(yōu)選為450-700mmHg，更優(yōu)選為500-600mmHg，最優(yōu)選為 500-550mmHgo在本發(fā)明更優(yōu)選的實(shí)施方案中，放電電壓為10-40V，優(yōu)選15-35V，更優(yōu)選20-30V， 最優(yōu)選22-28V，電流為60-200A，優(yōu)選80-150A，更優(yōu)選100-140A，最優(yōu)選110-130A。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，在放電過(guò)程中加入磁場(chǎng)強(qiáng)度> 0. 5T的磁場(chǎng)，以得到 取向的石墨烯與碳納米管復(fù)合物。在某些實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法包括1)將過(guò)渡金屬與稀土元素摩爾比為6 : 1至4 : 1的過(guò)渡金屬氧化物與稀土元 素氧化物在混合器中均勻混合，其中所述過(guò)渡金屬選自Fe、Ni、Mo或Cr，所述稀土元素選自 Sc、Y 及鑭系中的 La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu ；2)將上述混合物與碳材料混合均勻，所述碳材料為石墨、煤、浙青或碳纖維，或它 們的混合物，其中基于所述過(guò)渡金屬、所述稀土元素與所述碳材料的總摩爾量，所述過(guò)渡金 屬與所述稀土元素的摩爾含量為1_5%，加入水溶性酚醛樹脂，混合均勻后壓制成石墨棒， 然后在1000-1200°C下于焙燒24小時(shí)制成消耗電極；3)將石墨電極作為陰極，將所述消耗電極作為陽(yáng)極，置于放電爐中；4)將包含惰性氣體與對(duì)碳具有一定反應(yīng)性的其它氣體的混合氣體充入所述放電 爐中，所述惰性氣體選自N2、He、Ne、Ar、Kr或Xe，所述對(duì)碳具有一定反應(yīng)性的其它氣體選自 順3、112、0)2、空氣或02，其中所述對(duì)碳具有一定反應(yīng)性的其它氣體的分壓為8%至70%，使?fàn)t內(nèi)壓強(qiáng)為450-700mmHg，設(shè)置輸出電流為80-150A，放電開始后通過(guò)調(diào)節(jié)電極間距離使電壓保持在15-35V，維持爐內(nèi)壓強(qiáng)在450-700mmHg附近，陽(yáng)極消耗完畢后停止放電，收集爐中的絮狀黑色產(chǎn)物，即為石墨烯與碳納米管復(fù)合物產(chǎn)品。在某些實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法包括I)將過(guò)渡金屬與稀土元素摩爾比為5 : I至4 : I的過(guò)渡金屬氧化物與稀土元素氧化物在混合器中均勻混合，其中所述過(guò)渡金屬為Ni，所述稀土元素為Y ；2)將上述混合物與碳材料混合均勻，所述碳材料為碳纖維或者碳纖維與石墨的混合物，其中基于Ni、Y與所述碳材料的總摩爾量，Ni與Y的摩爾含量為1_4%，加入水溶性酚醛樹脂，混合均勻后壓制成石墨棒，然后在1000-120(TC下焙燒24小時(shí)制成消耗電極； 3)將石墨電極作為陰極，將所述消耗電極作為陽(yáng)極，置于放電爐中；4)將包含惰性氣體與對(duì)碳具有一定反應(yīng)性的其它氣體的混合氣體充入所述放電爐中，所述惰性氣體選自He或Ar或其混合物，所述對(duì)碳具有一定反應(yīng)性的其它氣體為NH3或H2，其中所述對(duì)碳具有一定反應(yīng)性的其它氣體的分壓為10%至60%，使?fàn)t內(nèi)壓強(qiáng)為500-600mmHg，設(shè)置輸出電流為100-140A，放電開始后通過(guò)調(diào)節(jié)電極間距離使電壓保持在20-30V，維持爐內(nèi)壓強(qiáng)在500-600mmHg，陽(yáng)極消耗完畢后停止放電，收集爐中的絮狀黑色產(chǎn)物，即為石墨烯與碳納米管復(fù)合物產(chǎn)品。在某些實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法包括I)將過(guò)渡金屬與稀土元素摩爾比為4. 5 : I至4 : I的過(guò)渡金屬氧化物與稀土元素氧化物在混合器中均勻混合，其中所述過(guò)渡金屬為Ni，所述稀土元素為Y ；2)將上述混合物與碳材料混合均勻，所述碳材料為碳纖維或者碳纖維與石墨的混合物，其中基于過(guò)渡金屬、稀土元素與碳材料的總摩爾量，過(guò)渡金屬與稀土元素的摩爾含量為O. 8-3. 5%，加入水溶性酚醛樹脂，混合均勻后壓制成石墨棒，然后在1000-1200°C下焙燒24小時(shí)制成消耗電極；3)將石墨電極作為陰極，將所述消耗電極作為陽(yáng)極，置于放電爐中；4)將包含惰性氣體與對(duì)碳具有一定反應(yīng)性的其它氣體的混合氣體充入所述放電爐中，所述惰性氣體選自He或Ar或其混合物，所述對(duì)碳具有一定反應(yīng)性的其它氣體為NH3或H2，其中所述對(duì)碳具有一定反應(yīng)性的其它氣體的分壓為12. 5 %至5 O %，使?fàn)t內(nèi)壓強(qiáng)為500-550mmHg，設(shè)置輸出電流為110-130A，放電開始后通過(guò)調(diào)節(jié)電極間距離使電壓保持在22-28V，維持爐內(nèi)壓強(qiáng)在500-550mmHg，陽(yáng)極消耗完畢后停止放電，收集爐中的絮狀黑色產(chǎn)物，即為石墨烯與碳納米管復(fù)合物產(chǎn)品。本發(fā)明的另一方面提供了按照上述方法生產(chǎn)的石墨烯與碳納米管復(fù)合物。


圖I為按照本發(fā)明實(shí)施例I的方法制得的石墨烯與碳納米管復(fù)合物的電子透射顯微鏡圖。圖2為按照本發(fā)明實(shí)施例I的方法制得的石墨烯與碳納米管復(fù)合物的拉曼光譜圖。圖3為按照本發(fā)明實(shí)施例2的方法制得的石墨烯與碳納米管復(fù)合物的電子透射顯微鏡圖。
圖4為圖3框中部分的放大圖。圖5為按照本發(fā)明實(shí)施例2的方法制得的石墨烯與碳納米管復(fù)合物的拉曼光譜圖。圖6為按照本發(fā)明實(shí)施例3的方法制得的石墨烯與碳納米管復(fù)合物的電子透射顯微鏡圖。圖7為圖6框中部分的放大圖。圖8為按照本發(fā)明實(shí)施例3的方法制得的石墨烯與碳納米管復(fù)合物的拉曼光譜圖。圖9為按照本發(fā)明實(shí)施例4的方法制得的石墨烯與碳納米管復(fù)合物的電子透射顯微鏡圖。圖10為按照本發(fā)明實(shí)施例4的方法制得的石墨烯與碳納米管復(fù)合物的拉曼光譜圖。圖11為按照本發(fā)明實(shí)施例5的方法制得的石墨烯與碳納米管復(fù)合物的電子透射顯微鏡圖。圖12為按照本發(fā)明實(shí)施例5的方法制得的石墨烯與碳納米管復(fù)合物的拉曼光譜圖(100cm 1 3200cm O。圖13為按照本發(fā)明實(shí)施例5的方法制得的石墨烯與碳納米管復(fù)合物的拉曼光譜圖(100cm 1 300cm O。在所有附圖中，標(biāo)號(hào)I是指石墨烯，2是指碳納米管。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述，本實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容做出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整，均屬本發(fā)明保護(hù)范圍。實(shí)施例I稱取3. 48g碳纖維，68g鱗片石墨，3. Ig氧化鎳粉，I. Ilg氧化釔粉，34g水溶性酚醛樹脂(按照“聚并苯納米顆粒與聚丙烯復(fù)合制備新型抗靜電阻燃材料”，高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報(bào)，Vol. 29 No. 6 1276 1281所述的方法合成)粘結(jié)劑，用混合器攪拌，然后在模具中壓制成電極(12 X 200mm) ,1100°C焙燒24小時(shí)制成消耗電極。用該消耗電極做陽(yáng)極，石墨電極做陰極，陽(yáng)極與陰極軸向相對(duì)，在電弧爐中通入H2與He的混合氣(H2占16%的分壓)至爐內(nèi)壓強(qiáng)為520mmHg，設(shè)置輸出電流為120A。放電開始后通過(guò)調(diào)節(jié)電極間距離使電壓保持在25V附近，維持爐內(nèi)壓強(qiáng)在520mmHg附近，陽(yáng)極消耗完畢，反應(yīng)結(jié)束。收集爐腔內(nèi)產(chǎn)物。按照上述方法制得的石墨烯與碳納米管復(fù)合物的電子透射顯微鏡圖如圖I所示。由圖可見(jiàn)大多為碳納米管及含金屬的材料，少量為石墨烯。按照上述方法制得的石墨烯與碳納米管復(fù)合物的拉曼光譜圖如圖2所示。由圖可見(jiàn)在180cm—1附近存在碳納米管的特征峰，說(shuō)明產(chǎn)物中存在碳納米管。另外，在2692cm—1附近存在的2D峰比單純碳納米管的強(qiáng)度要高，表明有石墨烯存在。實(shí)施例2 稱取3. 48g碳纖維，68g鱗片石墨，3. Ig氧化鎳粉，I. Ilg氧化釔粉，34g水溶性酚醛樹脂(制備方法同實(shí)施例I)粘結(jié)劑，用混合器攪拌，然后在模具中壓制成電極(12X200mm)，1100°C焙燒24小時(shí)制成消耗電極。用該消耗電極做陽(yáng)極，石墨電極做陰極，陽(yáng)極與陰極軸向相對(duì)，在電弧爐中通入H2與He的混合氣(H2占20%的分壓)至爐內(nèi)壓強(qiáng)為520mmHg，設(shè)置輸出電流為120A。放電開始后通過(guò)調(diào)節(jié)電極間距離使電壓保持在25V附近，維持爐內(nèi)壓強(qiáng)在520mmHg附近，陽(yáng)極消耗完畢，反應(yīng)結(jié)束。收集爐腔內(nèi)產(chǎn)物。按照上述方法制得的石墨烯與碳納米管復(fù)合物的電子透射顯微鏡圖如圖3所示。由圖可見(jiàn)產(chǎn)物為石墨烯與碳納米管的雜化。圖4為圖3框中部分的放大圖。按照上述方法制得的石墨烯與碳納米管復(fù)合物的拉曼光譜圖如圖5所示。由圖可見(jiàn)在180CHT1附近存在碳納米管的特征峰，說(shuō)明產(chǎn)物中存在碳納米管。在2704cm—1附近存在的2D峰比單純碳納米管的強(qiáng)度要高，表明有石墨烯存在。實(shí)施例3 稱取3. 48g碳纖維，68g鱗片石墨，6. 18g氧化鎳粉，2. 22g氧化釔粉，34g水溶性酚醛樹脂(制備方法同實(shí)施例I)粘結(jié)劑，用混合器攪拌，然后在模具中壓制成電極(12X200mm)，1100°C焙燒24小時(shí)制成消耗電極。用該消耗電極做陽(yáng)極，石墨電極做陰極，陽(yáng)極與陰極軸向相對(duì)，在電弧爐中通入H2與He的混合氣(H2占25%的分壓)至爐內(nèi)壓強(qiáng)為520mmHg，設(shè)置輸出電流為120A。放電開始后通過(guò)調(diào)節(jié)電極間距離使電壓保持在25V附近，維持爐內(nèi)壓強(qiáng)在520mmHg附近，陽(yáng)極消耗完畢，反應(yīng)結(jié)束。收集爐腔內(nèi)產(chǎn)物。按照上述方法制得的石墨烯與碳納米管復(fù)合物的電子透射顯微鏡圖如圖6所示。由圖可見(jiàn)，碳納米管夾雜于石墨烯之間。圖7為圖6框中部分的放大圖，可見(jiàn)存在碳納米管束和石墨烯。按照上述方法制得的石墨烯與碳納米管復(fù)合物的拉曼光譜圖如圖8所示。由圖可見(jiàn)183CHT1存在碳納米管的RBM特征峰，說(shuō)明產(chǎn)物中存在碳納米管。在2689CHT1附近存在的2D峰比單純碳納米管的強(qiáng)度要高，表明有石墨烯存在。實(shí)施例4稱取3. 48g碳纖維，68g鱗片石墨，12. 36g氧化鎳粉，4. 44g氧化釔粉，34g水溶性酚醛樹脂(制備方法同實(shí)施例I)粘結(jié)劑，用混合器攪拌，然后在模具中壓制成電極(12X200mm)，1100°C焙燒24小時(shí)制成消耗電極。用該消耗電極做陽(yáng)極，石墨電極做陰極，陽(yáng)極與陰極軸向相對(duì)，在電弧爐中通入4與抱的混合氣(H2占12. 5%的分壓)至爐內(nèi)壓強(qiáng)為520mmHg，設(shè)置輸出電流為120A。放電開始后通過(guò)調(diào)節(jié)電極間距離使電壓保持在25V附近，維持爐內(nèi)壓強(qiáng)在520mmHg附近，陽(yáng)極消耗完畢，反應(yīng)結(jié)束。收集爐腔內(nèi)產(chǎn)物。根據(jù)上述方法制得的石墨烯與碳納米管復(fù)合物的電子透射顯微鏡圖如圖9所示。由圖可見(jiàn)石墨烯和與其復(fù)合的碳納米管。根據(jù)上述方法制得的石墨烯與碳納米管復(fù)合物的拉曼光譜圖如圖10所示。由圖可見(jiàn)162CHT1存在碳納米管的RBM特征峰，說(shuō)明產(chǎn)物中存在碳納米管。由于碳納米管含量較高，在2650 2750CHT1的2D峰并沒(méi)有表現(xiàn)出石墨烯應(yīng)有的強(qiáng)度。實(shí)施例5稱取3. 48g碳纖維，68g鱗片石墨，6. 18g氧化鎳粉，2. 22g氧化釔粉，34g水溶性酚醛樹脂(制備方法同實(shí)施例I)粘結(jié)劑，用混合器攪拌，然后在模具中壓制成電極(12X200mm)，1100°C焙燒24小時(shí)制成消耗電極。用該消耗電極做陽(yáng)極，石墨電極做陰極，陽(yáng)極與陰極軸向相對(duì)，在電弧爐中通入H2與He的混合氣(H2占50%的分壓)至爐內(nèi)壓強(qiáng)為520mmHg，設(shè)置輸出電流為120A。放電開始后通過(guò)調(diào)節(jié)電極間距離使電壓保持在25V附近，維持爐內(nèi)壓強(qiáng)在520mmHg附近，陽(yáng)極消耗完畢，反應(yīng)結(jié)束。收集爐腔內(nèi)產(chǎn)物。根據(jù)上述方法制得的石墨烯與碳納米管復(fù)合物的電子透射顯微鏡圖如圖11所示。由圖可見(jiàn)石墨烯和與其復(fù)合的碳納米管。根據(jù)上述方法制得的石墨烯與碳納米管復(fù)合物的拉曼光譜圖如圖12和13所示。由圖13可見(jiàn)189cm—1存在碳納米管的RBM特征峰，說(shuō)明產(chǎn)物中存在碳納米管。由于石墨烯含量較高，在圖12的拉曼全譜中的RBM峰較弱，而2720CHT1處的2D峰很強(qiáng)。實(shí)施例6稱取3. 48g碳纖維，68g鱗片石墨，12. 36g氧化鎳粉，4. 44g氧化釔粉，34g水溶性酚醛樹脂(制備方法同實(shí)施例I)粘結(jié)劑，用混合器攪拌，然后在模具中壓制成電極(12X200mm)，1100°C焙燒24小時(shí)制成消耗電極。用該消耗電極做陽(yáng)極，石墨電極做陰極，陽(yáng)極與陰極軸向相對(duì)，在電弧爐中通入H2與He的混合氣(H2占12. 5%的分壓)至爐內(nèi)壓 強(qiáng)為520mmHg,設(shè)置輸出電流為120A。在放電區(qū)域含有磁場(chǎng)強(qiáng)度為O. 5T的強(qiáng)磁場(chǎng),放電開始后通過(guò)調(diào)節(jié)電極間距離使電壓保持在25V附近，維持爐內(nèi)壓強(qiáng)在520mmHg附近，陽(yáng)極消耗完畢，產(chǎn)物在磁場(chǎng)區(qū)域取向沉積，反應(yīng)結(jié)束。收集爐腔內(nèi)產(chǎn)物。
權(quán)利要求
1.通過(guò)在電極之間放電來(lái)制備石墨烯與碳納米管復(fù)合物的方法，其特征在于陽(yáng)極包括碳材料和含金屬的材料，所述含金屬的材料選自過(guò)渡金屬或稀土元素的氧化物、無(wú)機(jī)鹽或有機(jī)鹽或其混合物，或者由上述一種或多種與金屬Fe、Ni、Mo、Cr或Y中的一種或多種組成的混合物。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述過(guò)渡金屬選自Fe、Ni、Mo或Cr，所述稀土元素選自 Sc、Y 及鑭系中的 La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu。
3.如權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于基于所述含金屬的材料與所述碳材料的總摩爾量，所述含金屬的材料的摩爾含量為0. 1-8%,優(yōu)選1-5%,更優(yōu)選1-4%,最優(yōu)選0.8-3. 5%，所述過(guò)渡金屬與所述稀土元素的摩爾比為8 : I至I : 2，優(yōu)選6 I至4 1，更優(yōu)選5 : I至4 : 1，最優(yōu)選4. 5 : I至4 : I。
4.如權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于所述碳材料為石墨、煤、浙青或碳纖維，或它們的混合物，優(yōu)選碳纖維或者碳纖維與石墨的混合物。
5.如權(quán)利要求1-4中任一權(quán)利要求所述的方法,其特征在于所述方法在包含惰性氣體與對(duì)碳具有一定反應(yīng)性的其它氣體的混合氣體氣氛中進(jìn)行，所述惰性氣體選自N2、He、Ne、Ar、Kr或Xe，優(yōu)選為He或Ar或其混合物，所述對(duì)碳具有一定反應(yīng)性的其它氣體選自NH3、H2、CO2、空氣或O2，優(yōu)選為NH3或H2。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述混合氣體中，所述對(duì)碳具有一定反應(yīng)性的其它氣體的分壓為5 %至80%，優(yōu)選8 %至70 %，更優(yōu)選10 %至60 %，最優(yōu)選12. 5 %至50%。
7.如權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于所述混合氣體的總氣壓為400-760mmHg，優(yōu)選為 450-700mmHg，更優(yōu)選為 500-600mmHg，最優(yōu)選為 500-550mmHg。
8.如權(quán)利要求1-7中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于放電電壓為10-40V，優(yōu)選15-35V，更優(yōu)選 20-30V，最優(yōu)選 22-28V，電流為 60-200A，優(yōu)選 80-150A，更優(yōu)選 100-140A，最優(yōu)選 110-130A。
9.如權(quán)利要求1-8中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于在放電過(guò)程中加入磁場(chǎng)強(qiáng)度> 0. 5T的磁場(chǎng)，以得到取向的石墨烯與碳納米管復(fù)合物。
10.權(quán)利要求1-9中任一權(quán)利要求所述的方法制得的石墨烯與碳納米管復(fù)合物。全文摘要
公開了通過(guò)在電極之間放電來(lái)制備石墨烯與碳納米管復(fù)合物的方法，其中陽(yáng)極包括碳材料和含金屬的材料，所述含金屬的材料選自過(guò)渡金屬或稀土元素的氧化物、無(wú)機(jī)鹽或有機(jī)鹽或其混合物，或者由上述一種或多種與金屬Fe、Ni、Mo、Cr或Y中的一種或多種組成的混合物。還公開了按照本發(fā)明方法制備的石墨烯與碳納米管復(fù)合物。
文檔編號(hào)C01B31/02GK102633244SQ20111003686
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2011年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月12日
發(fā)明者吳英鵬, 陳永勝, 馬燕風(fēng) 申請(qǐng)人:南開大學(xué), 天津普蘭納米科技有限公司