[發(fā)明專利]雜原子摻雜表面帶孔石墨烯材料及其制備與應用和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510374611.7
• 申請日: 2015-06-30
• 公開（公告）號: CN105032461B
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發(fā)明（設計）人: 蔣仲杰
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J27/22;B01J19/08;H01M4/90
• 代理公司: 廣州市華學知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司44245
• 代理人: 羅觀祥

1.一種雜原子摻雜表面帶孔石墨烯材料的制備方法，其特征在于：具體包括以下步驟：

(1)表面帶孔氧化石墨烯的合成

將水加入氧化石墨烯中，超聲分散，得到氧化石墨烯溶液；然后在攪拌條件下，向裝有氧化石墨烯溶液的容器中加入濃HNO₃，容器密封，超聲反應，靜置后，倒入去離子水中，離心去酸，純化，過濾，干燥，得到表面帶孔氧化石墨烯，備用；

(2)雜原子摻雜表面帶孔石墨烯的等離子體法制備

將10mg～100mg表面帶孔氧化石墨烯置于等離子體高溫管式反應器中，采用機械泵抽真空降壓至0.1～5Pa，再采用分子泵繼續(xù)抽真空至10^-4～10^-3Pa，通入保護性氣體及雜原子摻雜源化合物至壓強為0.1～20Pa，將等離子體高溫管式反應器升溫到300～600℃，打開射頻電源，在射頻功率為200～600W的條件下，等離子體放電10～60min，然后關(guān)閉射頻和加熱電源，停止通入雜原子摻雜源化合物，冷卻至室溫后，得到一種雜原子摻雜的表面帶孔石墨烯材料；

步驟(1)中所述超聲反應的頻率為20～100KHz、超聲反應的功率為40～1000W；超聲反應的溫度為4℃～60℃，超聲反應時間為0.5～10h；步驟(1)中所述靜置時間為1～3h；

步驟(2)中所述雜原子摻雜源化合物為氣態(tài)雜原子化合物，所述雜原子為氮、硫、磷或硼中的一種以上。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述雜原子摻雜表面帶孔石墨烯材料的制備方法，其特征在于：

步驟(1)中所述濃硝酸的質(zhì)量濃度為60～65％；所述氧化石墨烯溶液的質(zhì)量百分比濃度為0.1～1.0％；步驟(1)中所述的濃HNO₃與氧化石墨烯溶液的體積比為(1～20)：1；步驟(1)中所述去離子水與氧化石墨烯溶液的體積比為(100～200)mL：(50～500)mL；

步驟(2)中所述保護氣體為氬氣、氦氣或氮氣中的一種以上；所述保護氣體與雜原子摻雜源化合物的體積比為(0.1～10)：1。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述雜原子摻雜表面帶孔石墨烯材料的制備方法，其特征在于：所述雜原子摻雜源化合物為乙硼烷、氨氣、硫化氫或三氯化磷中的一種以上。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述雜原子摻雜表面帶孔石墨烯材料的制備方法，其特征在于：

步驟(1)中所述超聲分散的頻率為20～100KHz，超聲分散的功率為40～1000W，超聲分散的時間為30～120min；步驟(1)中所述干燥的溫度為40～60℃，干燥的時間為12～24h；

步驟(2)中所述升溫速率為5～10℃/min。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述雜原子摻雜表面帶孔石墨烯材料的制備方法，其特征在于：

步驟(1)中所述氧化石墨烯采用改進的Hummers方法制備得到，具體制備方法為：在冰水浴條件下，將質(zhì)量百分數(shù)為95～98％的濃硫酸加入硝酸鈉和石墨混合物中，攪拌反應10～60min；逐步加入高錳酸鉀，控制反應溫度不超過20℃，加入完畢后繼續(xù)反應6～24h，加入去離子水稀釋，攪拌反應30～60min，升溫至20～98℃，反應12～48h，逐滴加入質(zhì)量百分數(shù)為30～35％的雙氧水，滴加完后繼續(xù)反應30～60min，過濾，用質(zhì)量百分數(shù)為5～10％HCl溶液和去離子水進行洗滌，直到濾液中無硫酸根被檢測到為止；最后將濾餅于40～60℃干燥12～24h，得到氧化石墨烯。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述雜原子摻雜表面帶孔石墨烯材料的制備方法，其特征在于：所述逐步加入高錳酸鉀是指高錳酸鉀每次加入量為高錳酸鉀總重量的1/60，每次間隔1～2min；所述攪拌的轉(zhuǎn)速為200～1000r/min；所述滴加的速度為5～10滴/min；所述升溫速率為10～20℃/min；

所述石墨：硝酸鈉：濃硫酸：高錳酸鉀：用于稀釋的去離子水：雙氧水的用量比為(1～5)g：(1～5)g：(90～300)mL：(5～25)g：(50～300)mL：(50～100)mL。