[發明專利]類石墨超分子及其制備方法、摻雜石墨烯及其制備方法

有效

• 申請號: 202011047214.6
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112158829B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發明（設計）人: 蔡衛衛;周順發;時佳維;李靜
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: C01B32/19
• 分類號: C01B32/19;C01B32/205
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 楊采良

本發明提供了一種類石墨超分子及其制備方法、摻雜石墨烯及其制備方法，類石墨超分子的制備方法，包括以下步驟：將金屬鹽、有機配體溶于溶劑中，加熱反應后，即得類石墨超分子；其中，所述金屬鹽包括過渡金屬硝酸鹽、鹵化鹽、醋酸鹽、硫酸鹽以及磷酸鹽中的一種或幾種；所述有機配體包括卟啉、吡啶、聯吡啶、鄰菲羅啉中的一種或幾種；所述溶劑包括水、甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇、丙酮、四氫呋喃、二甲基亞砜、二甲基乙酰胺以及二甲基甲酰胺中的一種或幾種。本發明利用類石墨超分子在在高溫下會發生原位熱解剝離形成石墨烯，得到的石墨烯雜原子含量和位置可調。

技術領域

本發明涉及石墨烯材料制備技術領域，尤其涉及一種類石墨超分子及其制 備方法、摻雜石墨烯及其制備方法。

背景技術

石墨烯是一種碳原子以sp²雜化方式形成具有單原子層厚度的二維蜂窩狀 結構，并具有巨大的表面積、電導率和化學穩定性等獨特性能，在催化、電子 及通訊領域都具有較強的應用前景。

石墨烯制備一般是通過物理剝離或化學剝離方法實現，其中物理剝離方法 難以放大，而化學剝離方法存在嚴重的環保問題。

為了實現不同的功能，需要引入金屬或非金屬雜原子。為了制備雜原子摻 雜石墨烯，傳統方法至少需要兩個步驟：在雜原子摻雜之前必須先通過物理剝 離或化學剝離方法制備石墨烯或氧化石墨烯，同時，石墨烯中雜原子的摻雜位 置和含量不可控的。

類石墨材料是對具有二維單層或少層結構的材料的統稱，而目前并沒有公 開利用類石墨材料制備摻雜石墨烯以控制石墨烯中雜原子的狀態。

發明內容

有鑒于此，本發明提出了一種類石墨超分子及其制備方法、摻雜石墨烯及 其制備方法，以控制石墨烯中雜原子的狀態。

第一方面，本發明提供了一種類石墨超分子的制備方法，包括以下步驟：

將金屬鹽、有機配體溶于溶劑中，加熱反應后，即得類石墨超分子；

其中，所述金屬鹽包括過渡金屬硝酸鹽、鹵化鹽、醋酸鹽、硫酸鹽以及磷酸 鹽中的一種或幾種；

所述有機配體包括卟啉、吡啶、聯吡啶、鄰菲羅啉、杯芳烴中的一種或幾種；

所述溶劑包括水、甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇、丙酮、四氫呋喃、二甲基亞 砜、二甲基乙酰胺以及二甲基甲酰胺中的一種或幾種。

可選的，所述的類石墨超分子的制備方法，所述過渡金屬包括Co、Ni、Fe、 Mn、Cu、Zn、V、Pt、Pd、Ru、Rh中的一種。

可選的，所述的類石墨超分子的制備方法，將金屬鹽、有機配體溶于溶劑 中，于溫度為40～100℃加熱反應后，即得類石墨超分子。

第二方面，本發明還提供了一種類石墨超分子，采用所述的制備方法制備 得到。

第三方面，本發明還提供了一種摻雜石墨烯的制備方法，包括以下步驟：

將所述的類石墨超分子于惰性氣氛下升溫至600～1200℃，然后保溫1～5h即 得石墨烯。

可選的，所述的摻雜石墨烯的制備方法，將所述的類石墨超分子于惰性氣 氛下以3～30℃/min升溫至600～1200℃。

第四方面，本發明還提供了一種摻雜石墨烯，采用所述的制備方法制備得 到。

可選的，所述的摻雜石墨烯，所述摻雜石墨烯為單層或少于5層。

本發明的一種類石墨超分子的制備方法相對于現有技術具有以下有益效果：

(1)本發明的類石墨超分子的制備方法，通過液相液相合成了類石墨超分子， 類石墨超分子的設計是通過引入大尺寸的間隔物分子來模擬石墨的層狀結構， 將碳原子聚集在一個薄層中類石墨類石墨；