[發明專利]硫摻雜石墨烯的生產方法

在審

• 申請號: 201410429227.8
• 申請日: 2014-08-27
• 公開（公告）號: CN105366664A
• 公開（公告）日: 2016-03-02
• 發明（設計）人: 王燦;賈銀娟;石竹;劉志成;高煥新
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司上海石油化工研究院
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種硫摻雜石墨烯的生產方法。

背景技術

石墨烯是由碳原子以sp²雜化軌道組成六邊形網絡結構的二維晶體 材料，具有非常優異的性能，如高的電子遷移率、良好的導熱性、透光 性以及很好的穩定性，可應用于半導體材料、復合材料、電池電極材料、 儲氫材料、場發射材料以及超靈敏傳感器等領域。摻雜是改變石墨烯電 子結構和化學性質的有效途徑。異質原子摻入石墨烯的晶格，不僅可有 效的引入帶隙，而且可以增加石墨烯的缺陷和局域的反應活性，從而產 生許多新的功能。研究發現氮、硼或磷元素能夠摻入石墨烯晶格并有效 改變其性能，而對其它元素摻雜的研究相對較少。

從理論上講硫元素是一種潛在的摻雜元素，但硫原子與碳原子半徑 相差較多，且電負性與碳原子相近，故硫元素并不容易摻入石墨烯晶格。 專利CN201110095599.8公開了一種硫摻雜石墨烯薄膜的制備方法，其分 別以硫粉和己烷為硫源和碳源，采用化學氣相沉積法在金屬襯底上生長 出硫摻雜石墨烯薄膜，但該方法需要復雜的金屬催化劑預處理工藝，設 備要求高，產量低，成本高，難以大規模生產。Müllen等報道了一種在 多孔硅板上制備硫摻雜石墨烯和氮摻雜石墨烯的方法(Advanced FunctionalMaterials,2012,22,3634-3640.)，其采用硫化氫氣體作還原劑 和摻雜硫源，在高溫還原氧化石墨烯的同時實現石墨烯的硫元素摻雜， 但該方法需使用劇毒和強腐蝕性硫化氫氣體，設備要求苛刻，過量氣體 尚需增加無害化處理設備，且由于氧化石墨烯擔載在多孔硅板上故不利 于規模化生產。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是現有技術存在硫摻雜石墨烯制備工藝 復雜、設備要求高、原料極毒、產量低的問題，提供一種新的硫摻雜石 墨烯的生產方法。該方法可用于工業化制備硫摻雜石墨烯，具有工藝簡 單、設備要求低、原料毒害小、易于工業放大的優點。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下：一種硫摻雜石 墨烯的生產方法，包括以下步驟：

a)將氧化石墨在溶劑中超聲剝離，得到氧化石墨烯溶液；

b)將所述氧化石墨烯溶液和含硫化合物混合，超聲處理使其分散混 合均勻，得到液體混合物；干燥所述液體混合物，得到固體混合物；

c)將所述固體混合物在惰性氣體保護下程序升溫熱處理，即得所述 硫摻雜石墨烯。

上述技術方案中，優選地，步驟a)超聲剝離時間為0.5～2小時。

上述技術方案中，優選地，步驟b)超聲處理時間為5～30分鐘。

上述技術方案中，優選地，所述氧化石墨烯溶液的濃度為0.1～7毫 克/毫升。更優選地，所述氧化石墨烯溶液的濃度為0.5～5毫克/毫升。

上述技術方案中，優選地，所述溶劑為水、乙醇、異丙醇、環己烷、 苯、丙酮、四氫呋喃、甲基吡咯烷酮、乙基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺或 二甲基乙酰胺。

上述技術方案中，優選地，所述含硫化合物為二苯基二硫醚、二(十 八烷基)二硫醚、二甲苯基二硫醚、3,3-二羥基二苯二硫醚、4,4-二巰基 二苯硫醚、二芐基硫醚、三苯甲硫醇、2-萘硫酚或二苯并噻吩中的至少一 種。

上述技術方案中，優選地，升溫速率為2～10℃/分鐘，熱處理溫度為 500～1000℃，熱處理時間為5分鐘～3小時。

上述技術方案中，優選地，熱處理溫度為550～900℃，熱處理時間 為10分鐘～2小時。

上述技術方案中，優選地，所述含硫化合物與氧化石墨烯溶液中氧 化石墨烯的重量比為1～50。

上述技術方案中，優選地，所述惰性氣體為氮氣、氬氣或者氦氣中 的至少一種。

本發明中，以氧化石墨為前驅體，通過超聲剝離得到均勻分散的氧 化石墨烯溶液；含硫有機物在高溫下熱解生成硫化氫等含硫元素的氣體， 其與氧化石墨烯發生反應，在還原氧化石墨烯的同時生成硫摻雜石墨烯。