一种在碳化硅表面生长石墨烯的方法及其应用技术

本发明专利技术提供一种在碳化硅表面生长石墨烯的方法，包括以下步骤：1）将SiC粉末在还原气氛下，在600‑1200℃下进行预处理；2）再将步骤1）中经预处理后的SiC在惰性气氛下，在1100‑1800℃进行保温后，获得所需表面生长石墨烯的SiC。本发明专利技术进一步提供了上述方法制得的一种石墨烯与碳化硅复合物催化剂及其应用。本发明专利技术提供的一种在碳化硅表面生长石墨烯的方法及其应用，能够制备出高质量石墨烯/碳化硅复合物，作为催化剂，其性能得到了极大的提高，可以用于二氧化碳的光分解、光电催化还原二氧化碳、电催化还原二氧化碳、电解水中。

A method of growing Shi Moxi on silicon carbide surface and its application

The invention provides a method for the growth of Shi Moxi on the surface of the silicon carbide, including the following steps: 1) the SiC powder is pretreated at the reduced atmosphere, at 600 at 1200, and 2) and then the pretreated SiC is kept in the inert atmosphere at 1100 1800 degrees C, and the required surface growth of the Si is obtained. C. The invention further provides a graphene and silicon carbide composite catalyst prepared by the above method and its application. The invention provides a method for the growth of Shi Moxi on the surface of silicon carbide and its application. It can produce high quality graphene / silicon carbide complex. As a catalyst, its performance has been greatly improved. It can be used for photodecomposition of carbon dioxide, reduction of two oxygenate by photoelectric catalytic reduction, electrocatalytic reduction of carbon dioxide, electrolysis, and electrolysis. In the water.

【技术实现步骤摘要】
一种在碳化硅表面生长石墨烯的方法及其应用
本专利技术属于材料化学领域，涉及一种在碳化硅表面生长石墨烯的方法及其应用，具体涉及一种在碳化硅表面外延生长石墨烯，制备石墨烯与碳化硅复合物催化剂的方法及其应用。
技术介绍
碳化硅因具有一系列优异的物理化学性质而得到广泛研究，例如碳化硅具有优异的化学稳定性和热稳定性，较高的击穿电场，再加上合适的禁带宽度，是一种非常有应用前景的光催化材料。但是碳化硅在光催化过程中，迁移到粒子表面的电子易与空穴再次发生复合而导致量子效率低下。如何提高迁移到粒子表面的电子和减少电子与空穴的符合则成为了提高反应效率的关键。石墨烯具有优良的导电性、高的载流子迁移率，可以加强光生电子的导出，进而减少电子和空穴的复合。此外，石墨烯具有极高比表面积，能够增强对反应物种等吸附、活化能力。如何在商品SiC粉体的颗粒表面生长出质量高、层数尽可能少的石墨烯，是提高、改性SiC催化性能的关键。目前已有利用石墨烯的掺杂、改性提高复合物催化剂光催化性能的研究实例(OliveiraAGD,MartelliPB.ElectrochemicalsynthesisofTiO2/Grapheneoxidecompositefilmsforphotocatalyticapplications[J].JournalofAlloys&Compounds,2016,654:514–522.)。目前在催化剂中引入石墨烯的方法主要有：复合法(HidayahNMS,LiuWW,ChinWL,etal.EffectonVariationofKMnO4AmountforProductionofGrapheneOxide(GO)[J].AdvancedMaterialsResearch,2016,1133(6):1237–1244.)；外延法(HirookaA,HabukaH,KatoT.EtchingRateBehaviorof4H-SiliconCarbideEpitaxialFilmUsingChlorineTrifluorideGas[C]//MaterialsScienceForum.2016:715-718.)等。但是，现有的商品化碳化硅，尽管纯度已高达99.9wt％，但SiC颗粒表面含有微量的碳杂质。研究发现，这些碳杂质对外延生长法有较为不利的影响，直接以商品化的碳化硅粉末为原料，几乎生成不出高质量的石墨烯。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种在碳化硅表面生长石墨烯的方法及其应用，有效解决了商品化碳化硅表面碳杂质影响、阻碍石墨烯生长的问题，提高了外延法制得石墨烯的质量，所获得的复合物催化剂催化性能得到了极大的提高。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术第一方面提供一种在碳化硅表面生长石墨烯的方法，包括以下步骤：1)将SiC粉末在还原气氛下，在600-1200℃下进行预处理；2)再将步骤1)中经预处理后的SiC在惰性气氛下，在1100-1800℃进行保温后，获得所需表面生长石墨烯的SiC。优选地，在步骤1)中，所述SiC粉末为商品化的粒径总分布范围在100nm-1100nm的碳化硅粉末。所述SiC粉末为高纯度的价格低廉的商品化SiC，含有C、Si、O等杂质，所用商品化SiC为具有一定粒径分布范围的SiC。更优选地，所述SiC粉末选自商品化的粒径总分布范围在100nm-300nm的碳化硅粉末、商品化的粒径总分布范围在300nm-600nm的碳化硅粉末、商品化的粒径总分布范围在700nm-1100nm的碳化硅粉末中的一种。优选地，在步骤1)中，所述还原气氛为氢气气氛。更优选地，所述氢气气氛中还包括惰性气体，氢气气氛中氢气与惰性气体的体积之比为5:95-100:0。进一步优选地，所述惰性气体选自氮气、氩气、氦气、氖气、氪气、氙气中的一种或多种。最优选地，所述惰性气体为氩气。进一步优选地，所述氢气气氛选自氢气与惰性气体的体积之比为50:50的氢气气氛或氢气与惰性气体的体积之比为100:0的氢气气氛中的一种。优选地，在步骤1)中，所述预处理从室温开始升温。优选地，在步骤1)中，所述预处理的升温速度为5-60℃/min。更优选地，所述预处理的升温速度为20-50℃/min。优选地，在步骤1)中，所述预处理的温度为800-1100℃。更优选地，所述预处理的温度为1000-1100℃。优选地，在步骤1)中，所述预处理的时间为0.5-6h。更优选地，所述预处理的时间为0.5-5h。优选地，在步骤1)中，所述预处理后需要冷却至室温。优选地，在步骤2)中，所述惰性气氛选自氮气、氩气、氦气、氖气、氪气、氙气中的一种或多种气氛。更优选地，所述惰性气氛为氩气气氛。优选地，在步骤2)中，所述保温从室温开始升温。优选地，在步骤2)中，所述保温的升温速度为2-50℃/min。更优选地，所述保温的升温速度为2-30℃/min。最优选地，所述保温的升温速度为5-30℃/min。优选地，在步骤2)中，所述保温的温度为1200-1700℃。更优选地，所述保温的温度为1500℃。优选地，在步骤2)中，所述保温的时间为5s-2h。更优选地，所述保温的时间为1h。优选地，在步骤2)中，所述保温后需要冷却至室温。优选地，在步骤1)或/和2)中，所述室温为15-35℃。本专利技术第二方面提供了一种石墨烯与碳化硅复合物催化剂，由上述在碳化硅表面生长石墨烯的方法制得。本专利技术第三方面提供了一种石墨烯与碳化硅复合物催化剂的用途，用于二氧化碳光电反应、电解水。优选地，所述一种石墨烯与碳化硅复合物催化剂的用途，用于二氧化碳光电反应。更优选地，所述二氧化碳光电反应选自二氧化碳的光分解、光电催化还原二氧化碳、电催化还原二氧化碳中的一种或多种。优选地，所述催化剂的反应条件为，将制得的催化剂于乙醇中超声分散后取出负载在碳纸上，真空烘箱烘干3-5h后，装入反应装置中，反应温度为10-30℃，反应压力为常压，气体流速为10-200ml/min，电解液为KHCO3水溶液，偏压为-0.4-0V，所用光源为氙灯光源。更优选地，所述真空烘箱烘干时间为4h。更优选地，所述反应装置为三电极密封石英反应器。更优选地，所述常压为100KPa。更优选地，所述气体为CO2。更优选地，所述KHCO3水溶液的浓度为0.4-0.6M。进一步优选地，所述KHCO3水溶液的浓度为0.5M。更优选地，所述偏压为-0.2V。更优选地，所述氙灯光源为中教金源CEL-HXF300，AM1.5滤光片。如上所述，本专利技术提供的一种在碳化硅表面生长石墨烯的方法及其应用，对商品化的SiC粉末进行改性，以纯化后的碳化硅为原料，成功通过外延法制备出了的高质量石墨烯/碳化硅复合物(见图1SiC外延生长石墨烯的Raman谱图)，很好地解决了商品化碳化硅表面的碳杂质、阻碍石墨烯生长的问题，提高了外延法制得石墨烯的质量，具有潜在的经济价值和社会价值。此外，采用具有不同粒径大小的纯化碳化硅，还能够控制出生成出的石墨烯膜的层数。所获得的石墨烯包覆的SiC，石墨烯层数少且均一，催化剂性能得到了极大的提高，可以用于二氧化碳的光降解、光电催化还原二氧化碳、电催化还原二氧化碳、电解水和甲烷的氧化中。特别是本专利技术中制备的催化剂在二氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在碳化硅表面生长石墨烯的方法，包括以下步骤：1)将SiC粉末在还原气氛下，在600‑1200℃下进行预处理；2)再将步骤1)中经预处理后的SiC在惰性气氛下，在1100‑1800℃进行保温后，获得所需表面生长石墨烯的SiC。

【技术特征摘要】
1.一种在碳化硅表面生长石墨烯的方法，包括以下步骤：1)将SiC粉末在还原气氛下，在600-1200℃下进行预处理；2)再将步骤1)中经预处理后的SiC在惰性气氛下，在1100-1800℃进行保温后，获得所需表面生长石墨烯的SiC。2.根据权利要求1所述的一种在碳化硅表面生长石墨烯的方法，其特征在于，在步骤1)中，所述SiC粉末为商品化的粒径总分布范围在100nm-1100nm的碳化硅粉末。3.根据权利要求1所述的一种在碳化硅表面生长石墨烯的方法，其特征在于，在步骤1)中，所述还原气氛为氢气气氛。4.根据权利要求3所述的一种在碳化硅表面生长石墨烯的方法，其特征在于，所述氢气气氛中还包括惰性气体，氢气气氛中氢气与惰性气体的体积之比为5:95-100:0。5.根据权利要求4所述的一种在碳化硅表面生长石墨烯的方法，其特征在于，所述惰性气体选自氮气、氩气、氦气、氖气、氪气、氙气中的一种或多种。6.根据权利要求1所述的一种在碳化硅表面生长石墨烯的方法，其特征在于，在步骤1)中，所述预处理从室温开始升温；所述预处理的升温速度为5-60℃/min。7.根据权利要求1所述的一种在碳化硅表面生...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛瑞鹏，陈为，马翠杰，白晓芳，张佳舟，王白银，宋艳芳，李桂花，孙予罕，魏伟，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：上海,31