金属掺杂石墨烯及其成长方法技术

一种金属掺杂石墨烯及其成长方法。所述金属掺杂石墨烯包括石墨烯与金属元素，其中金属元素占金属掺杂石墨烯总含量的1at％到30at％。所述成长方法包括以碳前驱物、金属前驱物以及VI族前驱物，经等离子体化学气相沉积法(PECVD)成长金属掺杂石墨烯。

Metal doped graphene and method for growing the same

Metal doped graphene and method for growing the same. The metal doped graphene includes graphene and metal elements, wherein the metal element occupies 1at% to 30at% of the total content of the metal doped graphene. The growth process includes the growth of metal doped graphene by plasma chemical vapor deposition (PECVD) using carbon precursors, metal precursors, and VI precursor.

【技术实现步骤摘要】
金属掺杂石墨烯及其成长方法
本专利技术是有关于一种掺杂石墨烯的技术，且特别是有关于一种金属掺杂石墨烯及其成长方法。
技术介绍
近年超级电容与燃料电池等储能元件因应电动车的兴起而需求增加，其相关的储能材料需求也备受瞩目。其中，石墨烯具有高导电性与高比表面积，因此非常适合作为上述储能元件的电极材料。然而，为了增加导电度等需求，传统的电极涂布法，需加入粘着剂与导电剂，但此举会让元件的储能表现下降，且处理耗时又不环保。因此如何提升材料的导电性，减少副原料的添加以及增加材料的电容量与催化能力是一重要的挑战。目前的制造技术中，如欲在石墨烯中掺杂异质元素，往往需要额外的热处理法或选用特定基材，且制造出来掺杂浓度并不理想。
技术实现思路
本专利技术提供一种金属掺杂石墨烯的成长方法，能以等离子体化学气相沉积法成长出金属掺杂石墨烯，适用于电容、催化剂或是储氢材料。本专利技术提供一种金属掺杂石墨烯，其中金属含量高，适用于电容、催化剂或是储氢材料。本专利技术的金属掺杂石墨烯的成长方法，包括以碳前驱物、金属前驱物以及VI族前驱物，经等离子体化学气相沉积法(PECVD)成长金属掺杂石墨烯。在本专利技术的一实施例中，上述碳前驱物包括碳氢气体。在本专利技术的一实施例中，上述碳前驱物的流量约为1sccm～100sccm。在本专利技术的一实施例中，上述金属前驱物包括铝前驱物、钯前驱物或铁前驱物。在本专利技术的一实施例中，上述金属前驱物包括三氯化铝、二氯化钯或三氯化铁。在本专利技术的一实施例中，上述VI族前驱物包括硫、氧或硒。在本专利技术的一实施例中，上述金属前驱物与VI族前驱物的使用量各自独立为10mg～1000mg。在本专利技术的一实施例中，上述等离子体化学气相沉积法包括微波等离子体火焰(MicrowavePlasmaTorch,MPT)化学气相沉积法或感应耦合等离子体化学气相沉积法。在本专利技术的一实施例中，上述MPT化学气相沉积法的微波等离子体火焰温度小于500度。在本专利技术的一实施例中，上述MPT化学气相沉积法的微波源功率约为100W到2000W。在本专利技术的一实施例中，上述等离子体化学气相沉积法的处理时间约为0.5分钟至10分钟。在本专利技术的一实施例中，上述等离子体化学气相沉积法的工作压力约为0.001torr到300torr。在本专利技术的一实施例中，成长上述金属掺杂石墨烯的过程包括同时成长石墨烯与掺杂金属。在本专利技术的一实施例中，成长上述金属掺杂石墨烯时，还可通入惰性气体。在本专利技术的一实施例中，成长上述金属掺杂石墨烯时，还可掺杂氮。本专利技术的金属掺杂石墨烯，包括石墨烯与金属元素，其中金属元素占金属掺杂石墨烯总含量的1at％到30at％。在本专利技术的另一实施例中，上述金属掺杂石墨烯还可包含VI族元素。在本专利技术的另一实施例中，上述VI族元素包括硫、氧或硒。在本专利技术的另一实施例中，上述金属元素包括铝、钯或铁。在本专利技术的另一实施例中，上述金属掺杂石墨烯例如三维金属掺杂石墨烯。在本专利技术的另一实施例中，上述金属掺杂石墨烯还可包含氮元素。基于上述，本专利技术能藉由等离子体化学气相沉积法配合使用碳前驱物、金属前驱物以及VI族前驱物，而成长具有高金属含量的金属掺杂石墨烯。这种方法能同时掺杂异质元素并成长立体石墨烯，其处理快速，且无需额外加热，成长时等离子体温度不超过500℃。上述金属掺杂石墨烯可应用于电容、催化剂或是储氢材料。为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。附图简述图1是依照本专利技术的一实施例的一种金属掺杂石墨烯的成长示意图。图2是实验例1中成长金属掺杂石墨烯的示意图。图3是实验例1的铝掺杂石墨烯的XPS曲线图。图4是实验例1的铝掺杂石墨烯中所含碳(C)的XPS曲线图。图5是实验例1的铝掺杂石墨烯中所含铝(Al)的XPS曲线图。图6是实验例2的铝掺杂石墨烯的XPS曲线图。图7是实验例2的铝掺杂石墨烯中所含硫(S)的XPS曲线图。图8是实验例3的铝掺杂石墨烯的XPS曲线图。图9是实验例4的钯掺杂石墨烯的XPS曲线图。图10是实验例5的钯掺杂石墨烯的XPS曲线图。图11是应用例1的循环伏安图(显示局部电位)。图12是应用例2的循环伏安图(显示局部电位)。符号说明100、200：碳前驱物100a：氢原子100b：碳原子102、202：金属前驱物中的金属原子104、204：VI族前驱物中的VI族原子106、208：石墨烯108：金属掺杂石墨烯206：等离子体实施方式图1是依照本专利技术的一实施例的一种金属掺杂石墨烯的成长示意图。请参照图1，本实施例的方法是以碳前驱物100、金属前驱物以及VI族前驱物经等离子体化学气相沉积法(PECVD)进行成长，其中碳前驱物100包括碳氢气体，如CH4、C2H4、C2H2等，因此图1中的碳前驱物100经分解后可得到氢原子100a和碳原子100b。上述碳前驱物100(如碳氢气体)的流量例如1sccm～100sccm。在本实施例中，金属前驱物可为铝前驱物、钯前驱物、铁前驱物等，例如三氯化铝(AlCl3)、二氯化钯(PdCl2)、三氯化铁(FeCl3)等。上述VI族前驱物则包括硫、氧或硒。举例来说，若使用三氯化铝作为金属前驱物，可搭配使用硫前驱物。另外，金属前驱物的使用量例如10mg～1000mg；VI族前驱物的使用量例如10mg～1000mg。在本实施例中，等离子体化学气相沉积法例如微波等离子体火焰(MPT)化学气相沉积法或感应耦合(ICP)等离子体化学气相沉积法。若是以MPT化学气相沉积法为例，其微波等离子体火焰温度约小于500度；微波源功率例如在100W到2000W之间。此外，等离子体化学气相沉积法的处理时间例如0.5分钟至10分钟；工作压力例如0.001torr到300torr。以上处理参数均可依照需求作调整，并不一定限制在上述范围内。详细来说，图1左边显示的是等离子体化学气相沉积法初期，碳前驱物100中的碳原子100b和金属前驱物中的金属原子102会被VI族前驱物中的VI族原子104活化；图1中间则显示碳原子100b和金属原子102具反应性而产生键结；图1右边则是处理结束后，同时成长出石墨烯106与掺杂金属原子102的金属掺杂石墨烯108，其中金属元素占金属掺杂石墨烯108总含量的1at％到30at％。上述金属掺杂石墨烯108例如三维金属掺杂石墨烯。而金属掺杂石墨烯108还包含VI族元素(104)。举例来说，VI族元素若为硫或硒，其含量占金属掺杂石墨烯108总含量的0.5at％～6at％；VI族元素若为氧，其含量占金属掺杂石墨烯108总含量的1at％～30at％。另外，金属掺杂石墨烯108中也可不含VI族元素，而只有石墨烯106与金属元素。在本专利技术的另一实施例中，成长金属掺杂石墨烯108时还可通入惰性气体(如Ar)或氮气(N2)。如果在等离子体化学气相沉积法期间通氮气，则金属掺杂石墨烯108可能会同时掺杂有氮元素1at％～8at％。根据上述实施例，成长金属掺杂石墨烯108的过程是同时成长石墨烯106与掺杂金属(102)，所以掺杂的金属原子102不限于材料表面，而是以三维掺杂的方式存在于金属掺杂石墨烯108中。因此，本专利技术的方法与一般先制作石墨烯，再另外将金属掺杂进石墨烯的方式大不相同，而且所成长的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属掺杂石墨烯的成长方法，其特征在于所述方法包括：以碳前驱物、金属前驱物以及VI族前驱物，经等离子体化学气相沉积法成长金属掺杂石墨烯。

【技术特征摘要】
2016.03.08 TW 1051069781.一种金属掺杂石墨烯的成长方法，其特征在于所述方法包括：以碳前驱物、金属前驱物以及VI族前驱物，经等离子体化学气相沉积法成长金属掺杂石墨烯。2.如权利要求1所述的金属掺杂石墨烯的成长方法，其中所述碳前驱物包括碳氢气体。3.如权利要求1所述的金属掺杂石墨烯的成长方法，其中所述碳前驱物的流量为1sccm～100sccm。4.如权利要求1所述的金属掺杂石墨烯的成长方法，其中所述金属前驱物包括铝前驱物、钯前驱物或铁前驱物。5.如权利要求4所述的金属掺杂石墨烯的成长方法，其中所述金属前驱物包括三氯化铝、二氯化钯或三氯化铁。6.如权利要求1所述的金属掺杂石墨烯的成长方法，其中所述VI族前驱物包括硫、氧或硒。7.如权利要求1所述的金属掺杂石墨烯的成长方法，其中所述金属前驱物与所述VI族前驱物的使用量各自独立为10mg～1000mg。8.如权利要求1所述的金属掺杂石墨烯的成长方法，其中所述等离子体化学气相沉积法包括微波等离子体火焰(MPT)化学气相沉积法或感应耦合等离子体化学气相沉积法。9.如权利要求8所述的金属掺杂石墨烯的成长方法，其中所述MPT化学气相沉积法的微波等离子体火焰温度小于500度。10.如权利要求8所述的金属掺杂石墨烯的...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄昆平，季宇文，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71