[發明專利]硼摻雜石墨烯及其制備方法

有效

• 申請號: 201310086304.X
• 申請日: 2013-03-18
• 公開（公告）號: CN104058389A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發明（設計）人: 周明杰;鐘輝;王要兵;劉大喜
• 申請（專利權）人: 海洋王照明科技股份有限公司;深圳市海洋王照明技術有限公司;深圳市海洋王照明工程有限公司
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 深圳市隆天聯鼎知識產權代理有限公司 44232
• 代理人: 劉抗美;劉耿

技術領域

本發明涉及化學材料制備領域，尤其涉及一種硼摻雜石墨烯及其制備方法。

背景技術

石墨烯自從2004年被發現以來，由于其二維單分子層結構以及優異的物理性質，如高的理論比表面積、優異的機械強度、良好的柔韌性和高的電導率等，受到來自各個行業研究者的高度關注，石墨烯將給電子、能源等領域中的材料帶來變革。而且石墨烯非常容易衍生化，其衍生物也受到研究者的廣泛關注，目前石墨烯衍生物主要有氮摻雜石墨烯和硼摻雜石墨烯。其中硼摻雜石墨烯由于硼原子比碳原子外層少一個電子，呈P-型摻雜，在半導體和儲能材料領域具有廣闊的應用前景。

目前，制備硼摻雜石墨烯的方法主要有高溫熱摻雜法、化學氣相沉積法和電弧放電法，其中高溫熱摻雜法的摻雜量較低，而化學氣相沉積法和電弧放電法摻雜量較高，但由于其對設備和操作的要求高，故較難實現工業化制備。

發明內容

本發明的目的在于解決上述現有技術存在的問題和不足，提供一種硼摻雜石墨烯及其制備方法，利用激光摻雜法制備硼摻雜石墨烯，大大提高了石墨烯的摻硼率。

本發明針對上述技術問題而提出的技術方案為：一種硼摻雜石墨烯的制備方法，包括如下步驟：

取氧化石墨置于反應器中，通入惰性氣體使反應器中為惰性氛圍，接著通入體積比為1.25～5:5的惰性氣體和三氯化硼的混合氣體，隨后用頻率范圍為4×10¹⁴HZ～7.5×10¹⁴HZ的激光照射所述氧化石墨，每間隔10～30s照射一次，并重復多次激光照射，每次照射時間為30～60s，所述氧化石墨與所述三氯化硼在激光作用下發生反應，得到硼摻雜石墨烯。

所述三氯化硼通入時的流速為250～400ml/min。

所述惰性氣體為氬氣、氮氣或氦氣，所述惰性氣體通入時的流速為50～200ml/min。

所述激光器為氦激光器或者氖激光器。

所述激光照射重復次數為5～15次。

所述激光照射為螺旋式移動照射，所述激光的移動速率為0.1cm/s～0.5cm/s。

所述氧化石墨采用如下步驟制得：將純度99.5%的石墨加入到質量分數為98%的濃硫酸和質量分數為65%的濃硝酸組成的混合溶液中，攪拌后向所述混合溶液中加入高錳酸鉀并加熱氧化，再加入質量分數30%的過氧化氫溶液攪拌以除去高錳酸鉀，然后對所述混合溶液進行抽濾得抽濾物，再依次用稀鹽酸和去離子水對所述抽濾物洗滌干燥后即得到所述氧化石墨；其中，所述石墨、所述濃硫酸、所述濃硝酸、所述高錳酸鉀及所述過氧化氫的質量體積比為1～2g：90～95ml：20～25ml：3～7g：8～18ml。

所述干燥在60°C下的真空烘箱中進行，所述干燥的時間為12小時。

本發明還包括利用上述制備方法制得的硼摻雜石墨烯。

與現有技術相比，本發明的硼摻雜石墨烯及其制備方法，存在以下的優點：利用激光摻雜法制備硼摻雜石墨烯，摻雜量較高，且與其他制備方法相比，設備、工藝簡單，便于操作，原料廉價成本低，容易實現大規模工業化生產。

具體實施方式

以下結合實施例，對本發明予以進一步地詳盡闡述。

本發明的硼摻雜石墨烯的制備過程大致分為以下步驟：

(1)制備氧化石墨：取純度為99.5%的石墨加入由質量分數為98%的濃硫酸和質量分數為65%的濃硝酸組成的混合溶液中，將混合物置于冰水混合浴環境下進行攪拌20分鐘，再慢慢地往混合物中加入高錳酸鉀，攪拌1小時，接著將混合物加熱至85℃并保持30分鐘，之后加入去離子水繼續在85℃下保持一段時間，最后加入質量分數為30%的過氧化氫溶液，攪拌10分鐘，對混合物進行抽濾，再依次分別用稀鹽酸和去離子水對固體物進行反復洗滌，最后固體物質在60°C真空烘箱中干燥12小時得到氧化石墨；其中，所述石墨、所述濃硫酸、所述濃硝酸、所述高錳酸鉀及所述過氧化氫的質量體積比為1～2g：90～95ml：20～25ml：3～7g：8～18ml。

(2)制備硼摻雜石墨烯：將(1)中得到的氧化石墨置于反應器中，通入惰性氣體使反應器中為惰性氛圍，接著通入體積比為1.25～5:5的惰性氣體和三氯化硼的混合氣體；接著用頻率范圍為4×10¹⁴HZ～7.5×10¹⁴HZ的激光照射氧化石墨，每間隔10～30s照射一次，并重復多次激光照射，每次照射時間為30～60s，把全部氧化石墨照射完后，再重復移動照射5～15次，氧化石墨與三氯化硼在激光作用下發生反應得到硼摻雜石墨烯。