[發(fā)明專利]一種氮-磷共摻雜碳材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2018-04-25
• 公開（公告）號: CN108584905B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 彭昌;曾添欽;余勇
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南農(nóng)業(yè)大學
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;C01B32/182
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供了一種氮?磷共摻雜碳材料及其制備方法，屬于碳材料領(lǐng)域，所述制備方法包括如下步驟：(1)在攪拌條件下，將氧化石墨烯水溶液和多巴胺水溶液混合，并加入堿性PBS緩沖溶液，攪拌20?24h；(2)在步驟(1)處理后的混合溶液中加入DOPO溶液，并繼續(xù)攪拌12h?14h，得到黑色溶液，然后將該溶液固液分離，得到固體產(chǎn)物，將固體產(chǎn)物經(jīng)水洗、醇洗、干燥得到黑色固體；(3)將所得的黑色固體在管式爐中，惰性氣體保護的條件下，于700℃?900℃下高溫處理3?6h，即得到氮?磷共摻雜的石墨烯碳材料。本發(fā)明采用簡單的化學反應(yīng)方法，將氧化石墨烯水溶液與多巴胺水溶液的混合溶液作為前驅(qū)體，利用氫鍵結(jié)合的特點，引入DOPO，制備途徑簡單，易于操作。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氮-磷共摻雜碳材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

活性碳材料是一種具有豐富空隙結(jié)構(gòu)和較大比表面積的碳材料，其具有化學穩(wěn)定性好、力學性能高且可方便再生的特性，已被廣泛用于氣體分離、水凈化處理、催化色譜分析、能量存儲以及難以加工的工程陶瓷制備等領(lǐng)域。功能化的活性炭材料除具有普通活性碳的性質(zhì)之外，還具有其它更為專一和特殊的用途。元素摻雜是常見的功能化方式之一，用于碳材料摻雜的元素主要有氮、氧、硼、磷等元素。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種新的氮-磷共摻雜的碳材料及其制備方法。

為解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種氮-磷共摻雜石墨烯碳材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)在攪拌條件下，將氧化石墨烯水溶液和多巴胺水溶液混合，并加入10-20ml堿性PBS緩沖溶液，在室溫下攪拌20-24h；

(2)在步驟(1)處理后的混合溶液中加入DOPO溶液，并繼續(xù)在室溫下攪拌12-14h，得到黑色溶液，然后將該黑色溶液進行固液分離，得到固體產(chǎn)物，將固體產(chǎn)物經(jīng)水洗、醇洗、干燥得到黑色固體；

(3)將步驟(2)中所得的黑色固體在管式爐中，惰性氣體保護的條件下，于700℃-900℃下高溫處理3-6h，即得到氮-磷共摻雜的石墨烯碳材料。

優(yōu)選的：步驟(1)中所述氧化石墨烯水溶液的質(zhì)量濃度為1.5-1.8mg/mL。

優(yōu)選的：所述多巴胺水溶液的質(zhì)量濃度為12.5mg-13.5/mL。

優(yōu)選的：步驟(1)中所述堿性PBS緩沖溶液為12.5-13.5ml，其pH＝8.0-8.5。

優(yōu)選的：步驟(2)中所述的黑色溶液經(jīng)固液分離得黑色固體過程中將固體產(chǎn)物先用水洗滌2-3次后用乙醇洗滌2-3次。

優(yōu)選的：步驟(2)中DOPO的加入量使得DOPO在混合溶液中質(zhì)量濃度為0.5mg-0.8mg/mL。

優(yōu)選的：步驟(3)中所述的惰性氣體為氬氣。

優(yōu)選的：步驟(3)中所述的高溫處理溫度為700-800℃，處理時間為4h。

另外，本發(fā)明還需要保護由所述制備方法制備得到的氮-磷共摻雜的石墨烯碳材料以及該材料在生物傳感方面的應(yīng)用。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)效果為：

本發(fā)明采用簡單的化學反應(yīng)的方法，將氧化石墨烯水溶液與多巴胺水溶液的混合溶液作為前驅(qū)體，利用氫鍵結(jié)合的特點，引入DOPO。其中氧化石墨烯起著類似模板的作用，多巴胺溶液作為氮源，DOPO作為磷源。并且該途徑制備途徑簡單，易于操作。由此得到的氮磷共摻雜的材料的比其他類似的的如吡咯，酚醛樹脂為原料的產(chǎn)率率高，且其獨特的雙層碳夾石墨烯的結(jié)構(gòu)和豐富的缺陷能夠為電子的傳輸提供更為便捷的通道，從而為其提供了優(yōu)越的導(dǎo)電性能和儲能條件。且其所用儀器較為普遍、原料成本較低，綠色環(huán)保，并且無有害氣體產(chǎn)生，對操作人人員的影響較小，易于實現(xiàn)工業(yè)化。