一种二元掺杂石墨烯及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种二元掺杂石墨烯及其制备方法，所述制备方法包括：将掺杂源与有机盐的混合物在非氧化性气氛下加热至300-1600℃，得到二元掺杂石墨烯与金属氧化物的混合物；去除混合物中的金属氧化物，得到二元掺杂石墨烯。本发明专利技术通过在非氧化性气氛中加热掺杂源与有机盐的混合物，利用有机盐碳化石墨烯、无机氧化物成核和掺杂源热解产生活性掺杂粒子的理念，来制备得到二元掺杂石墨烯。该方法具有工艺简单、生产周期短、可原位掺杂等优点，且制备得到的二元掺杂石墨烯具有多孔性、比表面积大、不团聚的特点，可广泛应用于锂离子电池、超级电容器、铅酸电池、水处理、电催化、光催化等各个领域。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及，所述制备方法包括：将掺杂源与有机盐的混合物在非氧化性气氛下加热至300-1600℃，得到二元掺杂石墨烯与金属氧化物的混合物；去除混合物中的金属氧化物，得到二元掺杂石墨烯。本专利技术通过在非氧化性气氛中加热掺杂源与有机盐的混合物，利用有机盐碳化石墨烯、无机氧化物成核和掺杂源热解产生活性掺杂粒子的理念，来制备得到二元掺杂石墨烯。该方法具有工艺简单、生产周期短、可原位掺杂等优点，且制备得到的二元掺杂石墨烯具有多孔性、比表面积大、不团聚的特点，可广泛应用于锂离子电池、超级电容器、铅酸电池、水处理、电催化、光催化等各个领域。【专利说明】
本专利技术涉及碳材料
，具体说是。
技术介绍
自从2004年Geim等人成功制备单层石墨以来，石墨烯以其独特的二维（2D)蜂窝 碳结构和优异的物理、化学、力学性能，石墨烯的研究是目前的一个研究热点。然而，石墨烯 材料电子能谱中能隙过小，不能像传统的半导体一样完全被控制，可能阻止大开关信号比 等。异质原子引入到石墨烯的sp 2杂化结构被证明是一种有效打开石墨烯带隙并提高其化 学反应活性的方法之一，对于其应用有着重要的意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种工艺简单、可原位共掺杂氮、磷、硫、硼中 的二种元素的二元掺杂石墨烯制备方法。 为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为： -种二元掺杂石墨烯制备方法，包括： 将掺杂源与有机盐的混合物在非氧化性气氛下加热至400-1600°C，得到二元掺杂 石墨烯与金属氧化物的混合物； 去除混合物中的金属氧化物，得到二元掺杂石墨烯； 其中，所述掺杂源为硼氮源、氮磷源、氮硫源或硫磷源，所述硼氮源选自吡啶硼酸 和咪唑硼酸中的一种或二种以上，所述氮磷源选自N-(膦羧甲基）亚氨基二烷基酸中的一 种或二种以上，所述氮硫源选自巯基唑类化合物、巯基嘧啶类化合物和巯基嘌呤类化合物 中的一种或-种以上，所述硫憐源选自硫代憐fe醋和硫代勝fe醋中的一种或-种以上； 其中，所述有机盐选自镁、钙、锶、钡、钴、镍、锰、铁、锌、铝、铟或铋的柠檬酸盐、葡 萄糖酸盐、酒石酸盐、苏糖酸盐、碳原子数为8-24的正烷基脂肪酸盐和油酸盐中的一种或 二种以上。 本专利技术的有益效果在于：工艺简单、生产周期短、可原位共掺杂氮、磷、硫、硼中的 两种元素，制得的二元掺杂石墨烯具有多孔性、比表面积大的特点，可应用于锂离子电池、 超级电容器、铅酸电池、水处理、电催化、光催化等各个领域。 【专利附图】【附图说明】 图1所示为本专利技术实施例1制备的硼氮共掺杂石墨烯的扫描电镜图。 图2所示为本专利技术实施例6制备的硫氮共掺杂石墨烯的扫描电镜图。 图3所示为本专利技术实施例13制备的氮磷共掺杂石墨烯的扫描电镜图。 图4所示为本专利技术实施例17制备的硫磷共掺杂石墨烯的扫描电镜图。 【具体实施方式】 为详细说明本专利技术的
技术实现思路
、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式 并配合附图详予说明。 本专利技术所述的二元掺杂石墨烯，是指同时掺杂了氮、磷、硫、硼中的二种元素的多 孔石墨烯。具体的，本专利技术提供的二元掺杂石墨烯有以下几种： 1、硼氮共掺杂石墨烯：同时掺杂了硼和氮二种元素的多孔石墨烯 2、硫氮共掺杂石墨烯：同时掺杂了氮和硫二种元素的多孔石墨烯 3、氮磷共掺杂石墨烯：同时掺杂了氮和磷二种元素的多孔石墨烯 4、硫磷共掺杂石墨烯：同时掺杂了硫和磷二种元素的多孔石墨烯 本专利技术最关键的构思在于：通过在非氧化性气氛中加热掺杂源与有机盐的混合 物，利用有机盐碳化石墨烯、无机氧化物成核和掺杂源热解产生活性掺杂粒子的理念，来制 备得到具有多孔性、比表面积大等优点的原位二元共掺杂石墨烯，该方法工艺简单、生产周 期短、可规模化生产，制备得到的二元掺杂石墨烯可应用于锂离子电池、超级电容器、铅酸 电池、水处理、电催化、光催化等各个领域。 本专利技术提供的二元掺杂石墨烯制备方法，包括： 将掺杂源与有机盐或与有机酸和盐类的混合物在非氧化性气氛下加热至 300_1600°C，得到二元掺杂石墨烯与金属氧化物的混合物； 去除混合物中的金属氧化物，得到二元掺杂石墨烯； 其中，所述掺杂源为硼氮源、氮磷源、氮硫源或硫磷源，所述硼氮源选自吡啶硼酸 和咪唑硼酸中的一种或二种以上，所述氮磷源选自N-(膦羧甲基）亚氨基二烷基酸中的一 种或二种以上，所述氮硫源选自巯基唑类化合物、巯基嘧啶类化合物和巯基嘌呤类化合物 中的一种或-种以上，所述硫憐源选自硫代憐fe醋和硫代勝fe醋中的一种或-种以上； 其中，所述有机盐选自镁、钙、锶、钡、钴、镍、锰、铁、锌、铝、铟或铋的柠檬酸盐、葡 萄糖酸盐、酒石酸盐、苏糖酸盐、碳原子数为8-24的正烷基脂肪酸盐和油酸盐中的一种或 二种以上； 本专利技术制备二元掺杂石墨烯的机理如下： 在掺杂源和富碳有机盐的混合体系中，富碳有机盐作为碳源在高温非氧化性气氛 中，经过热解，碳原子在原位生长的金属氧化物表面成核重排，重排依氧化物表面模板呈现 二维方向的生长，且连续性好，从而得到多孔石墨烯和金属氧化物的混合物。与此同时，掺 杂源热解后产生活性掺杂粒子（硼氮源热解后产生活性硼和氮，硼硫源热解后产生活性硼 和硫，氮硫源热解后产生活性氮和硫，硫磷源热解后产生活性硫和磷），参与了碳原子的重 排过程，实现二元原位掺杂石墨烯的生长；而对于有机掺杂源化合物不仅提供活性掺杂粒 子，还提供部分碳，实现二元原位掺杂石墨烯的生长。金属氧化物具有溶解于酸的特点，因 此混合物经酸洗处理后，即可得到纯的二元掺杂二孔石墨烯。 从上述描述可知，本专利技术的有益效果在于： 由于本专利技术仅需通过在非氧化性气氛中加热掺杂源与有机盐的混合物，即可制备 得到二元掺杂石墨烯与金属氧化物的混合物，后续可通过洗液洗涤等常规除杂工艺即可去 除混合物中的金属氧化物来得到纯度较高的二元掺杂石墨烯，因此相比现有技术而言，本 专利技术具有工艺简单、生产周期短、可原位掺杂等优点，且制备得到的二元掺杂石墨烯具有多 孔性、比表面积大的特点，可广泛应用于锂离子电池、超级电容器、铅酸电池、水处理、电催 化、光催化等各个领域。 优选的，所述N-(膦羧甲基）亚氨基二烷基酸，二个烷基可以相同或不同，烷基为 甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基、正葵基、正i^一 烷基、正十二烷基、正十六烷基或正十八烷基。 优选的，所述巯基唑类化合物选自2-巯基咪唑、2-巯基-1-甲基咪唑、2-巯基 咪唑啉、2-巯基苯并咪唑、巯基咪唑丙磺酸钠、2-巯基-5-甲氧基-1H-苯并咪唑、2-氨 基-5-巯基-1，3,4-噻二唑、1-苯基-5-巯基四氮唑、1-甲基-5-巯基-1H-四氮唑、5-巯 基四唑并-1-乙酸和5-巯基-3-氨基-1，2,4-三氮唑中的一种或二种以上。 优选的，所述巯基嘧啶类化合物选自4,6-二羟基-2-巯基嘧啶、4-氨基-2-巯基 嘧啶、2,4-二氨基-6-巯基嘧啶、6-巯基-4 (1H)-嘧啶酮、4-氨基-6-羟基-2-巯基嘧啶、 4_氨基-6-羟基-2-巯基嘧啶、4,6-二甲基-2-巯基嘧啶、4,本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二元掺杂石墨烯制备方法，其特征在于，包括：将掺杂源与有机盐的混合物在非氧化性气氛下加热至400‑1600℃，得到二元掺杂石墨烯与金属氧化物的混合物；去除混合物中的金属氧化物，得到二元掺杂石墨烯；其中，所述掺杂源为硼氮源、氮磷源、氮硫源或硫磷源，所述硼氮源选自吡啶硼酸和咪唑硼酸中的一种或二种以上，所述氮磷源选自N‑(膦羧甲基)亚氨基二烷基酸中的一种或二种以上，所述氮硫源选自巯基唑类化合物、巯基嘧啶类化合物和巯基嘌呤类化合物中的一种或二种以上，所述硫磷源选自硫代磷酸酯和硫代膦酸酯中的一种或二种以上；其中，所述有机盐选自镁、钙、锶、钡、钴、镍、锰、铁、锌、铝、铟或铋的柠檬酸盐、葡萄糖酸盐、酒石酸盐、苏糖酸盐、碳原子数为8‑24的正烷基脂肪酸盐和油酸盐中的一种或二种以上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马建民，毛玉华，
申请(专利权)人：深圳新宙邦科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44