[發(fā)明專利]一種低溫制備鐵鈷氮共摻雜石墨烯的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510070725.2
• 申請日: 2015-02-10
• 公開（公告）號: CN104591180A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈艷飛;施昊;何飛;劉松琴;張?jiān)?/a>
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 王艷

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉一種低溫制備鐵鈷氮共摻雜石墨烯的方法，通過利用低溫溶劑熱法合成，從而制得具有催化氧氣還原反應(yīng)性能的催化劑。

背景技術(shù)

氮摻雜石墨烯的制備方法大致可分為高溫?zé)峤猓ㄍ嘶穑?、化學(xué)氣相沉積（CVD）、低溫濕法合成等。各種方法都有其自己的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)。簡而言之，對于熱解（退火）這類高溫制備方法，可以有效地使非石墨烯類的初始碳材料產(chǎn)生一定量的石墨結(jié)構(gòu)，從而可以增強(qiáng)導(dǎo)電性。然而，其石墨化的過程中勢必會引入結(jié)構(gòu)上的巨大改變，無法輕易地推斷最終合成催化劑的精確結(jié)構(gòu)，從而給催化機(jī)理研究帶來一定困難。CVD法雖然能夠通過精確設(shè)計(jì)并調(diào)控碳材料結(jié)構(gòu)的生長，從而制備出具有高質(zhì)量的碳納米結(jié)構(gòu)，但其現(xiàn)階段高昂的成本（包括儀器與設(shè)備的要求）使得該方法無法在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)化。

而低溫制備則綜合了以上兩種方法的優(yōu)點(diǎn)而具有很大的應(yīng)用前景。因?yàn)榈蜏刂苽溥^程通常發(fā)生在200?℃以下，此時(shí)碳材料的原始結(jié)構(gòu)可以得到很大程度保留，并且低溫制備的設(shè)備要求低，同時(shí)可摻入鐵、鈷等金屬元素，以進(jìn)一步提高氮摻雜石墨烯的氧氣還原催化活性。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種低溫制備低含氧量摻雜石墨烯的方法，通過利用磷酸胍、氧化石墨烯、鈷鹽、鐵鹽反應(yīng)制備得到鐵鈷氮共摻雜石墨烯，可以應(yīng)用于催化氧氣的還原反應(yīng)。

本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供上述方法制備得到的鐵氮共摻雜石墨烯、上述的方法制備得到的鈷氮共摻雜石墨烯、上述的方法制備得到的鐵鈷氮共摻雜石墨烯。

技術(shù)方案：為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種低溫制備氮摻雜石墨烯的方法，利用磷酸胍在低溫下與氧化石墨烯分散液反應(yīng)制備得到氮摻雜石墨烯，所述氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯與磷酸胍質(zhì)量配比為1:8，所述的低溫為20?℃~300?℃。

一種低溫制備鐵氮共摻雜石墨烯的方法，利用磷酸胍在低溫下與氧化石墨烯分散液反應(yīng)制備得到氮摻雜石墨烯，同時(shí)加入鐵鹽，制備得到鐵氮共摻雜石墨烯，所述氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯、磷酸胍、鐵鹽質(zhì)量配比為10:80:?3。

一種低溫制備鈷氮共摻雜石墨烯的方法，利用磷酸胍在低溫下與氧化石墨烯分散液反應(yīng)制備得到氮摻雜石墨烯，同時(shí)加入鈷鹽，制備得到鈷氮共摻雜石墨烯，所述氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯、磷酸胍、鈷鹽質(zhì)量配比為10:80:?3。

一種低溫制備鐵鈷氮共摻雜石墨烯的方法，利用磷酸胍在低溫下與氧化石墨烯分散液反應(yīng)制備得到氮摻雜石墨烯，同時(shí)加入鐵鹽和鈷鹽，制備得到鐵鈷氮共摻雜石墨烯，所述氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯、磷酸胍、鈷鹽、鐵鹽配比為10:80:3:3。

本發(fā)明中所述的低溫制備指的是在20?℃~300?℃下制備而成。

上述的方法，所述氧化石墨烯分散液的制備方法如下：于燒瓶中加入?17?mL濃硫酸和0.37?g?硝酸鈉，同時(shí)劇烈攪拌10?min，使硝酸鈉完全溶解在濃硫酸中；然后取0.5?g石墨加入燒瓶中，再稱取?2.5g?高錳酸鉀緩慢加入燒瓶中，同時(shí)保持體系溫度在20?℃?以下；待高錳酸鉀全部加入后，撤去冰浴，換成35?℃?水浴繼續(xù)反應(yīng)3h；然后，向燒瓶中緩慢加入125?mL?水，再緩慢加入2?mL?H₂O₂，生成大量亮黃色的沉淀；隨后，將上述亮黃色沉淀在15000?rpm下離心15?min，棄去上清液；并用體積比為1：10的稀鹽酸洗滌5次；然后，用大量水代替稀鹽酸再進(jìn)行離心洗滌；洗滌完畢后，將離心管內(nèi)的膠狀物置于60?℃烘箱中真空干燥48?h；再利用超聲破碎配制為0.5?mg/mL?的粗制氧化石墨烯分散液；最后將該分散液在10000?rpm下離心15?min以除去沉淀于離心管底部的未氧化完全的石墨大顆粒，上清即為氧化石墨烯分散液。

上述的方法制備得到的氮摻雜石墨烯、上述的方法制備得到的鐵氮共摻雜石墨烯，上述的方法制備得到的鈷氮共摻雜石墨烯、上述的方法制備得到的鐵鈷氮共摻雜石墨烯。

有益效果：本發(fā)明提供的低溫制備鐵鈷氮共摻雜石墨烯方法可用于鐵鈷氮共摻雜石墨烯的制備，制備得到的產(chǎn)品可用于催化氧氣的還原反應(yīng)。

附圖說明

圖1是氮摻雜石墨烯的SEM圖像，表明氮摻雜石墨烯形貌；

圖2是鐵氮共摻雜石墨烯的SEM圖像，表明鐵氮共摻雜石墨烯上附著有粒子；

圖3是鈷氮共摻雜石墨烯的SEM圖像，表明鈷氮共摻雜石墨烯上附著有粒子；

圖4是鐵鈷氮共摻雜石墨烯的SEM圖像，表明鐵鈷氮共摻雜石墨烯上附著有粒子；