[發(fā)明專利]一種高氮摻雜石墨烯的制備方法

有效

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• 申請日: 2017-11-23
• 公開（公告）號: CN107954416B
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發(fā)明（設計）人: 周繼升;劉斯通;宋懷河
• 申請（專利權(quán)）人: 北京化工大學
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184;H01M4/62;H01M4/36
• 代理公司: 北京怡豐知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11293
• 代理人: 于振強

本發(fā)明涉及一種高氮摻雜石墨烯的制備方法，其解決了現(xiàn)有方法復雜、成本較高、得到的氮摻雜石墨烯中氮含量往往較低的技術(shù)問題，其包括下述步驟：采用六亞甲基四胺與鋅鹽于溶劑中進行反應，之后抽濾或離心，并用溶劑洗去未反應原料，然后烘干得到六亞甲基四胺/鋅配位聚合物前軀體；取所述步驟一所得配位聚合物前軀體，在惰性氣氛下逐步加熱，得到高氮摻雜石墨烯。本發(fā)明可廣泛用于高氮摻雜石墨烯的制備領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復合材料領(lǐng)域，具體地說涉及一種高氮摻雜石墨烯的制備方法。

背景技術(shù)

石墨烯是由sp²雜化的碳原子構(gòu)成的二維蜂窩狀平面結(jié)構(gòu)。由于其獨特的物理化學性質(zhì)，如具有高比表面、高的彈性模量、良好的導電性以及高熱傳導率，使其在儲能、吸附、傳感、催化等領(lǐng)域具有廣泛的應用前景。

近年來研究表明，通過對石墨烯進行摻雜改性處理，可以有效的調(diào)節(jié)其電子結(jié)構(gòu)及表面特性，從而能夠大大提高其各方面的性能。在眾多的改性手段中，氮摻雜作為一種十分有效的方法已經(jīng)得到了廣泛的研究。通過在炭骨架中引入富電子N原子，可以改變材料的能帶結(jié)構(gòu)，使材料的價帶降低，增強材料的導電性及增加費米能級上的電子密度。

目前，氮摻雜石墨烯的制備主要有化學氣相沉積法、溶劑熱法、熱處理法以及等離子體處理法。化學氣相沉積法(CVD)一般以一種金屬催化劑作為基底，然后在高溫條件下，引入碳源氣體和含氮氣體的混合物。溶劑熱法、熱處理法和等離子體法則是后處理的方法，一般是將氧化石墨烯或石墨烯與氮源(NH₃、三聚氰胺、尿素等)在一定條件下進行反應得到氮摻雜石墨烯。

但是，目前的這些方法大都技術(shù)和設備相對復雜，生產(chǎn)成本較高，難以實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。此外，上述制備方法得到的氮摻雜石墨烯中氮含量往往較低。因此，如何通過簡單的方法來制備高氮摻雜的石墨烯是一個十分關(guān)鍵的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明就是為了解決現(xiàn)有方法中方法復雜、成本較高、得到的氮摻雜石墨烯中氮含量往往較低的技術(shù)問題，提供一種方法簡單、成本較低、制品中氮含量較高的高氮摻雜石墨烯的制備方法。

為此，本發(fā)明包括下述步驟：步驟一：采用六亞甲基四胺與鋅鹽于溶劑中進行反應，之后抽濾或離心，并用溶劑洗去未反應原料，然后烘干得到六亞甲基四胺/鋅配位聚合物前軀體；所述六亞甲基四胺與所述鋅鹽摩爾比為1:(0.25～10)；步驟二：取所述步驟一所得配位聚合物前軀體，在惰性氣氛下逐步加熱至200～1000℃，保溫1～5小時，得到高氮摻雜石墨烯。

優(yōu)選的，步驟一中，所述溶劑為水、丙酮、乙醇、鹽酸、硫酸、N,N-二甲基甲酰胺中的一種。

優(yōu)選的，步驟一中，所述鋅鹽為硝酸鋅、乙酸鋅、草酸鋅、氯化鋅、硫酸鋅、碳酸鋅中的一種。

優(yōu)選的，步驟二中，所述惰性氣氛為氮氣或氬氣。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點:(1)本發(fā)明利用六亞甲基四胺/鋅配位聚合物前軀體為原料，可以充分利用配位聚合物的穩(wěn)定性以及六亞甲基四胺的高N/C比，經(jīng)過一步熱解即可獲得高氮摻雜石墨烯，其氮含量高達16.58at％；(2)六亞甲基四胺作為一種工業(yè)原料，原料易得，價格便宜，并且制備工藝簡單，易實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明六亞甲基四胺/鋅配位聚合物摩爾比1：2前軀體的掃描電鏡圖。

圖2為六亞甲基四胺/鋅配位聚合物800℃熱解溫度下所得高氮摻雜石墨烯掃描電鏡圖。

圖3為六亞甲基四胺/鋅配位聚合物800℃熱解溫度下所得高氮摻雜石墨烯透射電鏡圖。

圖4為六亞甲基四胺/鋅配位聚合物不同熱解溫度下所得高氮摻雜石墨烯的氮含量曲線。