一种蓝、紫荧光单层氮掺杂石墨烯的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种蓝、紫荧光单层氮掺杂石墨烯的制备方法，包括下列步骤：采用单根石英管配合管式炉，将一定质量的密胺置于管式炉第一温区；将铜基底置于管式炉炉第二温区；在氩气和氢气气氛下加热第二温区对铜基体进行退火处理；在氩气、氢气气氛下，将铜基底降至反应温度，将密胺加热到升华温度；通入氢气、甲烷、氩气的混合气；将铜基底降至室温，得到氮掺杂石墨烯材料。采用本发明专利技术的方法可以得到成膜均匀、面积较大的氮掺杂石墨烯薄膜。

Preparation method of blue and purple single layer nitrogen doped graphene

The invention relates to a method for preparing blue and violet fluorescent single-layer nitrogen-doped graphene, which comprises the following steps: using a single quartz tube with a tubular furnace, placing a certain amount of melamine in the first temperature zone of the tubular furnace; placing the copper substrate in the second temperature zone of the tubular furnace; heating the second temperature zone in the argon and hydrogen atmosphere to feed the copper substrate. After annealing, the copper substrate is lowered to reaction temperature in argon and hydrogen atmosphere, melamine is heated to sublimation temperature, hydrogen, methane and argon are mixed, and the copper substrate is lowered to room temperature to obtain nitrogen-doped graphene materials. The nitrogen doped graphene film with uniform film formation and large area can be obtained by adopting the method of the invention.

【技术实现步骤摘要】
一种蓝、紫荧光单层氮掺杂石墨烯的制备方法
本专利技术涉及一种二维氮掺杂石墨烯的制备方法，属于碳材料制备领域。
技术介绍
自2004年，英国曼彻斯特大学的两位科学家发现单层石墨烯，并获得了2010年诺贝尔奖，这种新型碳材料一直是材料学和物理学领域的研究热点。在石墨烯的制备方法中，化学气相沉积法(CVD)是制备大面积、高质量石墨烯最有前景的方法。与此同时，氮掺杂石墨烯由于具有独特的电子、光学特性，也被广泛研究。在石墨烯的荧光发光领域，相关研究都是通过将氧化石墨烯还原，后掺氮进行制备与表征的。而通过采用化学气相沉积法进行石墨烯的制备，并且进行荧光发光相关研究，未见报导。通过化学气相沉积法得到的样品，具有更好的均匀性与稳定性，更大的面积，在荧光发光领域具有很好的研究价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种二维氮掺杂石墨烯的制备方法，在化学气相沉积法下制备得到成膜均匀、面积较大的氮掺杂石墨烯薄膜。本专利技术的技术方案如下：一种蓝、紫荧光单层氮掺杂石墨烯的制备方法，包括下列步骤：(1)采用单根石英管配合管式炉，将一定质量的密胺置于管式炉第一温区；将铜基底置于管式炉炉第二温区；(2)在氩气和氢气气氛下加热第二温区对铜基体进行退火处理；(3)在氩气、氢气气氛下，将铜基底降至反应温度，将密胺加热到升华温度；(4)通入氢气、甲烷、氩气的混合气；(5)将铜基底降至室温，得到氮掺杂石墨烯材料。优选地，置于管式炉第一温区内的密胺的质量按照管式炉的容积计算，为0.87到8.7g/m3。(2)中，铜基底的退火温度为1030℃，氩气用量为300sccm，氢气用量为100sccm，退火时间为30分钟以上。(3)中，反应温度为900-1000℃；(4)中，通入氢气、甲烷、氩气的流量比为20：1：1000。本专利技术在高温下使铜片退火，从而使铜基底表面更加平整。在高温条件下，密胺挥发气、甲烷在铜片表面进行裂解，并在铜的催化作用下，沉积在铜基底表面，组装得到二维氮掺杂石墨烯材料。通过提高反应温度，改变二维氮掺杂石墨烯中氮原子的掺杂形式；通过改变密胺质量，变二维氮掺杂石墨烯中氮原子的掺杂形式。该方法制备得到的石墨烯具有单层特性，操作简单，重复性好，该材料在光发射、生物荧光标定、有机发光二极管及固态光电器件方面存在巨大的潜在应用。附图说明：图1为实施实例1中得到的氮掺杂石墨烯材料的光学照片；图2为实施实例2中得到的氮掺杂石墨烯的拉曼图谱；图3为实施实例1、3中得到的氮掺杂石墨烯的荧光光谱图。具体实施方式本专利技术的蓝、紫荧光单层氮掺杂石墨烯的制备方法，技术路线如下：将一定质量的密胺置于管式炉第一温区中心位置，将铜基底置于管式炉第二温区中心位置，通入氢气、氩气，将第二温区升温后对铜箔进行常压退火。后缓慢将第一温区温度升至密胺的升华温度，通入氩气、甲烷、氢气，20分钟后将铜基底快速降至室温，得到氮掺杂石墨烯。置于管式炉第一温区内的密胺的质量可以按照管式炉的容积计算，为0.87到8.7g/m3。下面给出本专利技术的具体实施例，是对本专利技术的进一步说明，而不是限制本专利技术的范围。实施例1：本例采用的装置是安徽贝意克设备技术有限公司生产的BTF-1200C-S-SSL-PECVD型管式炉。石英管外直径为50毫米，内直径为44毫米。(1)将0.01g(按照管式炉的容积计算，为0.87g/m3)密胺放置于管式炉前一加热区，铜箔放入管式炉后一加热区，然后设置升温程序，首先通入500sccm的氩气20min左右将管式炉内的空气排净，然后在氩气300sccm和氢气100sccm的条件下开始升温至1030℃，保持30min，目的是刻蚀铜箔表面的氧化物，防止其影响气体碳源与铜箔的接触，然后温度降至900℃。(2)将第一温区升至350℃，此时开始气流量1sccm通入甲烷，1000sccm通入氩气，20sccm通入氢气。保持这个温度20min，然后在氩气气流量300sccm条件下，将铜箔快速降至室温，得到大面积石墨烯薄膜。该实施例中样品转移到硅片上，光学照片如图1所示，从图中可以看出，制备得到的氮掺杂石墨烯成膜均匀，具有少层与单层的结构。该样品的荧光光谱图如图3中(1)所示，该样品在461nm处激发强度最大。实施例2：(1)将0.1g密胺放置于管式炉前一加热区，铜箔放入管式炉后一加热区，然后设置升温程序，首先通入500sccm的氩气20min左右将管式炉内的空气排净，然后在氩气300sccm和氢气100sccm的条件下开始升温至1030℃，保持30min，目的是刻蚀铜箔表面的氧化物，防止其影响气体碳源与铜箔的接触，然后温度降至1000℃。(2)将第一温区升至350℃，此时开始气流量1sccm通入甲烷，1000sccm通入氩气，20sccm通入氢气。保持这个温度20min，然后在氩气气流量300sccm条件下，将铜箔快速降至室温，得到大面积石墨烯薄膜。该实施例中样品的拉曼图如图2所示，由图可以看出，与未掺杂的石墨烯(PG)相比，该样品(NG)的2D峰向左偏移，G峰向右偏移，并且出现了缺陷峰D峰，这说明氮原子在样品中实现了较好的掺杂。同时，2D峰的峰强与G峰的峰强比大于1，这说明样品是单层的。实施例3：(1)将0.05g密胺放置于管式炉前一加热区，铜箔放入管式炉后一加热区，然后设置升温程序，首先通入500sccm的氩气20min左右将管式炉内的空气排净，然后在氩气300sccm和氢气100sccm的条件下开始升温至1030℃，保持30min，目的是刻蚀铜箔表面的氧化物，防止其影响气体碳源与铜箔的接触，然后温度降至950℃。(2)将第一温区升至350℃，此时开始气流量1sccm通入甲烷，1000sccm通入氩气，20sccm通入氢气。保持这个温度20min，然后在氩气气流量300sccm条件下，将铜箔快速降至室温，得到大面积石墨烯薄膜。该实施例中样品的荧光光谱图如图3中(2)所示，由图可以看出，与实施例1(图中(1))相比，该样品的荧光峰位向左偏移了25nm，这可能是氮原子在样品中不同掺杂形式导致的。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种蓝、紫荧光单层氮掺杂石墨烯的制备方法，包括下列步骤：(1)采用单根石英管配合管式炉，将一定质量的密胺置于管式炉第一温区；将铜基底置于管式炉炉第二温区。(2)在氩气和氢气气氛下加热第二温区对铜基体进行退火处理；(3)在氩气、氢气气氛下，将铜基底降至反应温度，将密胺加热到升华温度；(4)通入氢气、甲烷、氩气的混合气；(5)将铜基底降至室温，得到氮掺杂石墨烯材料。

【技术特征摘要】
1.一种蓝、紫荧光单层氮掺杂石墨烯的制备方法，包括下列步骤：(1)采用单根石英管配合管式炉，将一定质量的密胺置于管式炉第一温区；将铜基底置于管式炉炉第二温区。(2)在氩气和氢气气氛下加热第二温区对铜基体进行退火处理；(3)在氩气、氢气气氛下，将铜基底降至反应温度，将密胺加热到升华温度；(4)通入氢气、甲烷、氩气的混合气；(5)将铜基底降至室温，得到氮掺杂石墨烯材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在，置于管式炉第...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈永涛，郑楠楠，冯奕钰，封伟，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12