[發明專利]一種二元摻雜石墨烯及其制備方法

有效

• 申請號: 201410380569.5
• 申請日: 2014-08-04
• 公開（公告）號: CN104150475A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 馬建民;毛玉華
• 申請（專利權）人: 深圳新宙邦科技股份有限公司
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 深圳市博銳專利事務所 44275
• 代理人: 張明

技術領域

本發明涉及碳材料技術領域，具體說是一種二元摻雜石墨烯及其制備方法。

背景技術

自從2004年Geim等人成功制備單層石墨以來，石墨烯以其獨特的二維(2D)蜂窩碳結構和優異的物理、化學、力學性能，石墨烯的研究是目前的一個研究熱點。然而，石墨烯材料電子能譜中能隙過小，不能像傳統的半導體一樣完全被控制，可能阻止大開關信號比等。異質原子引入到石墨烯的sp²雜化結構被證明是一種有效打開石墨烯帶隙并提高其化學反應活性的方法之一，對于其應用有著重要的意義。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種工藝簡單、可原位共摻雜氮、磷、硫、硼中的二種元素的二元摻雜石墨烯制備方法。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種二元摻雜石墨烯制備方法，包括：

將摻雜源與有機鹽的混合物在非氧化性氣氛下加熱至400-1600℃，得到二元摻雜石墨烯與金屬氧化物的混合物；

去除混合物中的金屬氧化物，得到二元摻雜石墨烯；

其中，所述摻雜源為硼氮源、氮磷源、氮硫源或硫磷源，所述硼氮源選自吡啶硼酸和咪唑硼酸中的一種或二種以上，所述氮磷源選自N-(膦羧甲基)亞氨基二烷基酸中的一種或二種以上，所述氮硫源選自巰基唑類化合物、巰基嘧啶類化合物和巰基嘌呤類化合物中的一種或二種以上，所述硫磷源選自硫代磷酸酯和硫代膦酸酯中的一種或二種以上；

其中，所述有機鹽選自鎂、鈣、鍶、鋇、鈷、鎳、錳、鐵、鋅、鋁、銦或鉍的檸檬酸鹽、葡萄糖酸鹽、酒石酸鹽、蘇糖酸鹽、碳原子數為8-24的正烷基脂肪酸鹽和油酸鹽中的一種或二種以上。

本發明的有益效果在于：工藝簡單、生產周期短、可原位共摻雜氮、磷、硫、硼中的兩種元素，制得的二元摻雜石墨烯具有多孔性、比表面積大的特點，可應用于鋰離子電池、超級電容器、鉛酸電池、水處理、電催化、光催化等各個領域。

附圖說明

圖1所示為本發明實施例1制備的硼氮共摻雜石墨烯的掃描電鏡圖。

圖2所示為本發明實施例6制備的硫氮共摻雜石墨烯的掃描電鏡圖。

圖3所示為本發明實施例13制備的氮磷共摻雜石墨烯的掃描電鏡圖。

圖4所示為本發明實施例17制備的硫磷共摻雜石墨烯的掃描電鏡圖。

具體實施方式

為詳細說明本發明的技術內容、構造特征、所實現目的及效果，以下結合實施方式并配合附圖詳予說明。

本發明所述的二元摻雜石墨烯，是指同時摻雜了氮、磷、硫、硼中的二種元素的多孔石墨烯。具體的，本發明提供的二元摻雜石墨烯有以下幾種：

1、硼氮共摻雜石墨烯：同時摻雜了硼和氮二種元素的多孔石墨烯

2、硫氮共摻雜石墨烯：同時摻雜了氮和硫二種元素的多孔石墨烯

3、氮磷共摻雜石墨烯：同時摻雜了氮和磷二種元素的多孔石墨烯

4、硫磷共摻雜石墨烯：同時摻雜了硫和磷二種元素的多孔石墨烯

本發明最關鍵的構思在于：通過在非氧化性氣氛中加熱摻雜源與有機鹽的混合物，利用有機鹽碳化石墨烯、無機氧化物成核和摻雜源熱解產生活性摻雜粒子的理念，來制備得到具有多孔性、比表面積大等優點的原位二元共摻雜石墨烯，該方法工藝簡單、生產周期短、可規模化生產，制備得到的二元摻雜石墨烯可應用于鋰離子電池、超級電容器、鉛酸電池、水處理、電催化、光催化等各個領域。

本發明提供的二元摻雜石墨烯制備方法，包括：

將摻雜源與有機鹽或與有機酸和鹽類的混合物在非氧化性氣氛下加熱至300-1600℃，得到二元摻雜石墨烯與金屬氧化物的混合物；

去除混合物中的金屬氧化物，得到二元摻雜石墨烯；

其中，所述摻雜源為硼氮源、氮磷源、氮硫源或硫磷源，所述硼氮源選自吡啶硼酸和咪唑硼酸中的一種或二種以上，所述氮磷源選自N-(膦羧甲基)亞氨基二烷基酸中的一種或二種以上，所述氮硫源選自巰基唑類化合物、巰基嘧啶類化合物和巰基嘌呤類化合物中的一種或二種以上，所述硫磷源選自硫代磷酸酯和硫代膦酸酯中的一種或二種以上；

其中，所述有機鹽選自鎂、鈣、鍶、鋇、鈷、鎳、錳、鐵、鋅、鋁、銦或鉍的檸檬酸鹽、葡萄糖酸鹽、酒石酸鹽、蘇糖酸鹽、碳原子數為8-24的正烷基脂肪酸鹽和油酸鹽中的一種或二種以上；

本發明制備二元摻雜石墨烯的機理如下：