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:全芳香性可溶性的PBI为碳源和氮源,PBI的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为模板,模板剂的疏水夹层的疏水性强、弱和层间距通过改变阳离子表面活性剂的长链烷基调节,阳离子表面活性剂选用C8~C16烷基溴化吡啶鎓盐,模板剂的层间距为0.2~0.6nm;
PBI溶液与模板剂按2:1~1:3的质量比混合;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,700~1000℃下热解2~3小时、用氢氟酸洗涤除去模板剂,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分子为全芳香性的,其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:选用,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)中的一种,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,能溶解在二甲基乙酰胺(DMAc)、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)或N-甲基吡咯烷酮中任意一种有机溶剂中。
3.根据权利要求1所述的用聚苯并咪唑(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PBI与模板剂的质量比为2:1~1:3;混合方式为:称取一定量的模板剂在高温炉内120~220℃加热2h,以除去多层材料夹层中吸附的水、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,在700~1000℃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。