制备硫掺杂石墨烯的系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种制备硫掺杂石墨烯的系统，所述系统包括：热解装置，所述热解装置具有高硫煤入口、热解油气出口和含硫半焦出口；气化裂解装置，所述气化裂解装置具有含硫半焦入口和裂解气出口，所述含硫半焦入口与所述含硫半焦出口相连；高温沉积反应器，所述高温沉积反应器具有还原保护性气体入口、裂解气入口、冷却气出口和硫掺杂石墨烯出口，所述裂解气入口与所述裂解气出口相连，并且所述高温沉积反应器内布置有铜基板。该系统采用高硫煤作为前驱体来制备硫掺杂石墨烯，不仅可以降低石墨烯的制备成本，而且所得硫掺杂石墨烯表面平整，并且将其用于制备太阳能电池的电极时，可以显著提高太阳能电池容量。

【技术实现步骤摘要】
制备硫掺杂石墨烯的系统
本技术属于电池
，具体而言，本技术涉及一种制备硫掺杂石墨烯的系统。
技术介绍
石墨烯是由碳原子排列成二维正六边形蜂窝状点阵所形成的平面单原子层薄膜材料。由于石墨烯具有突出的导热性能与力学性能、高电子迁移率、半整数量子霍尔效应等一系列性质，自2004年首次被发现以来，石墨烯引起了科学家的广泛关注并掀起了一股研究的热潮。石墨烯是由sp2杂化碳原子键合，且具有六方点阵蜂窝状二维结构的单层平面石墨，具有极高的晶体品质和电学性能。作为一种严格的二维晶体材料，石墨烯具有独特的物理性能，载流子浓度高达1013cm-2，迁移率超过20000cm2V-1s-1，为晶体管、传感器等高性能器件的制备提供了材料基础。石墨烯内部的碳原子之间的连接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变形，使得碳原子不必重新排列来适应外力，从而保持结构稳定。这种稳定的晶格结构使石墨烯具有优秀的导热性。另外，石墨烯中的电子在轨道中移动时，不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。由于原子间作用力十分强，在常温下，即使周围碳原子发生挤撞，石墨烯内部电子受到的干扰也非常小。石墨烯的出现在科学界激起了巨大的波澜，人们发现，石墨烯具有非同寻常的导电性能、超出钢铁数十倍的强度和极好的透光性，它的出现有望在现代电子科技领域引发一轮革命。在石墨烯中，电子能够极为高效地迁移，而传统的半导体和导体，例如硅和铜，其远没有石墨烯表现的好。由于电子和原子的碰撞，传统的半导体和导体用热的形式释放了一些能量，目前一般的电脑芯片以这种方式浪费了70-80％的电能，石墨烯则不同，它的电子能量不会被损耗，这使它具有了非同寻常的优良特性。作为一种零带隙半导体，石墨烯应用于微电子器件的一个重要前提是其带隙与载流子浓度可调，而化学掺杂是实现这种调控的有效手段。
技术实现思路
本技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本技术的一个目的在于提出一种制备硫掺杂石墨烯的系统，该系统采用高硫煤作为前驱体来制备硫掺杂石墨烯，不仅可以降低石墨烯的制备成本，而且所得硫掺杂石墨烯表面平整，并且将其用于制备太阳能电池的电极时，可以显著提高太阳能电池容量。在本技术的一个方面，本技术提出了一种制备硫掺杂石墨烯的系统。根据本技术的实施例，所述系统包括：热解装置，所述热解装置具有高硫煤入口、热解油气出口和含硫半焦出口；气化裂解装置，所述气化裂解装置具有含硫半焦入口和裂解气出口，所述含硫半焦入口与所述含硫半焦出口相连；高温沉积反应器，所述高温沉积反应器具有还原保护性气体入口、裂解气入口、冷却气出口和硫掺杂石墨烯出口，所述裂解气入口与所述裂解气出口相连，并且所述高温沉积反应器内布置有铜基板。根据本技术实施例的制备硫掺杂石墨烯的系统通过采用高硫煤作为前驱体来制备硫掺杂石墨烯，不仅可以降低石墨烯的制备成本，而且所得硫掺杂石墨烯表面平整，并且将其用于制备太阳能电池的电极时，可以显著提高太阳能电池容量。任选的，所述热解装置为流化床热解反应器或固定床热解反应器。由此，可以显著提高高硫煤的热解效率。本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。附图说明本技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是根据本技术一个实施例的制备硫掺杂石墨烯的系统结构示意图；图2是根据本技术一个实施例的制备硫掺杂石墨烯的系统制备硫掺杂石墨烯的方法流程示意图。具体实施方式下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。在本技术的一个方面，本技术提出了一种制备硫掺杂石墨烯的系统。根据本技术的实施例，参考图1，该系统包括：热解装置100、气化裂解装置200和高温沉积反应器300。根据本技术的实施例，热解装置100具有高硫煤入口101、热解油气出口102和含硫半焦出口103，且适于将高硫煤进行热解处理，得到热解油气和含硫半焦。专利技术人发现，高硫煤资源储量丰富，但由于其会引发严重的硫污染和酸雨等环境问题而难以得到有效的利用，而本申请中采用高硫煤作为前驱体来制备硫掺杂石墨烯，不仅可以降低石墨烯的制备成本，而且所得硫掺杂石墨烯表面平整，同时可以实现高硫煤的资源化利用。根据本技术的一个实施例，高硫煤的中的硫含量并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本技术的具体实施例，高硫煤中硫含量可以高于3wt％。专利技术人发现，采用该类型的高硫煤可以显著优于其他类型在提高所得硫掺杂石墨烯性能的同时降低其生产成本。根据本技术的再一个实施例，热解处理的温度并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本技术的一个具体实施例，热解处理的温度可以为800～950摄氏度。具体的，经热解后高硫煤中大约30％的硫以硫氧化物形式进入烟气中，而剩余部分则留在半焦中，从而将高硫煤作为前驱体来制备硫掺杂石墨烯，可以在显著降低硫掺杂石墨烯成本的同时实现高硫煤的资源化利用。具体的，热解装置可以为流化床热解反应器或固定床热解反应器。根据本技术的实施例，气化裂解装置200具有含硫半焦入口201和裂解气出口202，含硫半焦入口201与含硫半焦出口103相连，且适于将热解装置中得到的含硫半焦进行催化气化裂解，得到含有甲烷、氢气和硫化物的裂解气。具体的，可以将含硫半焦与金属氧化物型催化剂或沸石分子筛型催化剂混合进行催化气化裂解，本领域技术人员可以根据实际需要对金属氧化物型催化剂或沸石分子筛型催化剂的具体类型进行选择，并且催化气化裂解的温度可以为500～600摄氏度。根据本技术的实施例，高温沉积反应器300具有还原保护性气体入口301、裂解气入口302、冷却气出口303和硫掺杂石墨烯出口304，裂解气入口302与裂解气出口202相连，并且高温沉积反应器300内布置有铜基板(未示出)，该过程中，将铜基板置于反应器中，然后向反应器中通入还原保护性气体，并且对铜基板进行预热，从而可以保持反应器中处于还原性气氛，避免在后续过程中生成炭颗粒的氧化，然后将气化裂解装置中得到的裂解气供给至高温沉积反应器中进行高温沉积，然后通入氢气或惰性气体对铜基板降温冷却至室温，得到硫掺杂石墨烯。具体的，还原性保护气体可以为氢气，其气流可以为气流为50～70sccm，并且铜基板的预热温度可以为200～600摄氏度，优选450摄氏度。需要说明的是，高温沉积反应器可以为现有技术中能够进行高温沉积的任何设备。并且高温沉积的温度可以为800～1000摄氏度，氢气气流可以为20～30sccm，惰性气体(氩气)气流可以为80～100sccm。专利技术人发现，该条件下可以显著提高硫掺杂石墨烯产率，并且所得硫掺杂石墨烯表面平整。根据本技术实施例的制备硫掺杂石墨烯的系统采用高硫煤作为前驱体来制备硫掺杂石墨烯，不仅可以降低石墨烯的制备成本，而且所得硫掺杂石墨烯表面平整，并且将其用于制备太阳能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备硫掺杂石墨烯的系统，其特征在于，包括：热解装置，所述热解装置具有高硫煤入口、热解油气出口和含硫半焦出口；气化裂解装置，所述气化裂解装置具有含硫半焦入口和裂解气出口，所述含硫半焦入口与所述含硫半焦出口相连；高温沉积反应器，所述高温沉积反应器具有还原保护性气体入口、裂解气入口、冷却气出口和硫掺杂石墨烯出口，所述裂解气入口与所述裂解气出口相连，并且所述高温沉积反应器内布置有铜基板。

【技术特征摘要】
1.一种制备硫掺杂石墨烯的系统，其特征在于，包括：热解装置，所述热解装置具有高硫煤入口、热解油气出口和含硫半焦出口；气化裂解装置，所述气化裂解装置具有含硫半焦入口和裂解气出口，所述含硫半焦入口与所述含硫半焦出口相连；高温沉积反应器，所述高温...

【专利技术属性】
技术研发人员：李金来，李秀莉，吕晓波，
申请(专利权)人：新奥石墨烯技术有限公司，
类型：新型
国别省市：河北,13