掺杂石墨烯的制备方法技术

本发明专利技术涉及石墨烯制备技术领域，具体而言，涉及一种掺杂石墨烯的制备方法。掺杂石墨烯的制备方法，包括以下步骤：将石墨烯、金属盐和/或非金属化合物分散于溶剂中，干燥，制备复合粉末；在保护气氛或真空气氛下将反应腔加热至预设温度后，对反应腔进行微波辐照并加入复合粉末，制备掺杂石墨烯。其中，预设温度为500℃～900℃。所述制备方法较为简单，原子掺杂量高且能够实现金属原子

【技术实现步骤摘要】
掺杂石墨烯的制备方法


[0001]本专利技术涉及石墨烯制备
，具体而言，涉及一种掺杂石墨烯的制备方法。

技术介绍

[0002]石墨烯是碳原子以苯环结构周期排列形成的二维薄膜，其厚度仅为一个原子直径大小(0.335nm)，是一种新型的二维晶体材料，具有优异的导电性、导热性、结构强度和光学性能等理化性能，成为各个领域的研究热点。随着研究的逐渐深入，对石墨烯进行复合或改性以赋予其特定性能成为目前研究的重点，功能化石墨烯材料在各个领域得到了广泛应用。其中，掺杂石墨烯可以有效地调控石墨烯的理化性质，是一种重要的石墨烯功能化修饰方法。杂原子(如氮、硼、磷、硫、卤素等)掺杂可以打开石墨烯的零带隙，改变其表面的电子结构，使石墨烯表面暴露出反应活性位点。而金属原子(如铁、铜、钴、镍、锌等过渡金属)掺杂可以改变石墨烯的费米能级，金属原子与石墨烯中的碳原子或杂原子配位形成p
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n掺杂，会进一步提升电催化、有机催化、光催化和酶催化的活性。
[0003]为了保证掺杂石墨烯的成功应用，稳定可靠的制备方法至关重要。近年来，已经发展出多种石墨烯掺杂方法，对于非金属原子最为广泛应用的有CVD法、热处理法、等离子体法等。金属原子的掺杂制备条件要求更高，目前常用的为高能电子束辐照法、原子层沉积、微波辐照等方法。然而这些方法存在设备要求高、制备条件苛刻、掺杂量和效率低、成本高且连续性差等问题。

技术实现思路

[0004]基于此，本专利技术提供了一种能够提高原子掺杂量且能够实现连续生产的掺杂石墨烯的制备方法。<br/>[0005]本专利技术提供一种掺杂石墨烯的制备方法，其包括以下步骤：
[0006]将石墨烯、金属盐和/或非金属化合物分散于溶剂中，干燥，制备复合粉末；及
[0007]在保护气氛或真空气氛下将反应腔加热至预设温度后，对所述反应腔进行微波辐照，加入所述复合粉末，制备掺杂石墨烯；
[0008]所述预设温度为500℃～900℃。
[0009]可选的，如上述所述的掺杂石墨烯的制备方法，预设温度为700℃～800℃。
[0010]可选的，如上述所述的掺杂石墨烯的制备方法，所述掺杂石墨烯中的掺杂原子为Fe原子、Cu原子、Co原子、Ni原子、Zn原子、N原子、P原子、S原子、B原子及F原子中的一种或多种。
[0011]可选的，如上述所述的掺杂石墨烯的制备方法，所述掺杂原子与所述石墨烯中碳原子的质量比为1:(1～100)。
[0012]可选的，如上述所述的掺杂石墨烯的制备方法，所述石墨烯为氧化石墨烯，所述氧化石墨烯的氧原子含量为0～50at％。
[0013]可选的，如上述所述的掺杂石墨烯的制备方法，所述氧化石墨烯的氧原子含量为
30at％～40at％。
[0014]可选的，如上述所述的掺杂石墨烯的制备方法，石墨烯的层数为1～10层。
[0015]可选的，如上述所述的掺杂石墨烯的制备方法，微波辐照的功率为1kW～15kW。
[0016]可选的，如上述所述的掺杂石墨烯的制备方法，微波辐照的时间为5s～300s。
[0017]可选的，如上述所述的掺杂石墨烯的制备方法，溶剂为乙二醇、乙醇和/或水。
[0018]本专利技术经研究发现，传统的热处理掺杂方法的原子掺杂量较低。而且常规微波法制备掺杂石墨烯多为常温单次微波，单次反应结束取料后才可进行下一次反应，微波需重复启动，生产过程很难连续。且由于反应腔内起始温度较低及微波升温的不稳定，导致每次反应时反应腔内温度条件不同，得到的产品均匀性较差。另外，传统的微波辐照的掺杂方法也需要另外加入引发剂作为吸波位点。
[0019]相较于传统掺杂石墨烯的方法，本专利技术预先提供一个热场环境，一方面可以保证微波辐照过程中反应腔中温度较为稳定，保证了不同时间进入反应腔的各个批次产品反应环境的一致性，使得产品的均匀性较好，无需每次反应后重新调整腔内温度，从而可以实现连续化生产；另一方面，热场环境使原料进入高温热场后被一定程度的预还原，从而可以自身提供吸波位点，无需添加其他引发剂，进一步简化了操作，提高生产效率。而且热场能够辅助微波提供更高的激发能量，有利于提高掺杂原子对碳原子的取代效率，提升掺杂量。而且本专利技术提供的制备方法具有普适性，可以适用于金属、非金属原子等多种原子的掺杂。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为本专利技术实施例1中制得的掺杂石墨烯的X射线光电子能谱；
[0022]图2为本专利技术实施例2中制得的掺杂石墨烯的X射线光电子能谱；
[0023]图3为本专利技术实施例3中制得的掺杂石墨烯的X射线光电子能谱；
[0024]图4为本专利技术实施例4中制得的掺杂石墨烯的X射线光电子能谱；
[0025]图5为本专利技术实施例5中制得的掺杂石墨烯的X射线光电子能谱；
[0026]图6为本专利技术实施例6中制得的掺杂石墨烯的X射线光电子能谱；
[0027]图7为本专利技术实施例7中制得的掺杂石墨烯的X射线光电子能谱；
[0028]图8为本专利技术实施例8中制得的掺杂石墨烯的X射线光电子能谱；
[0029]图9为本专利技术对比例1中制得的掺杂石墨烯的X射线光电子能谱。
具体实施方式
[0030]现将详细地提供本专利技术实施方式的参考，其一个或多个实例描述于下文。提供每一实例作为解释而非限制本专利技术。实际上，对本领域技术人员而言，显而易见的是，可以对本专利技术进行多种修改和变化而不背离本专利技术的范围或精神。例如，作为一个实施方式的部分而说明或描述的特征可以用于另一实施方式中，来产生更进一步的实施方式。
[0031]因此，旨在本专利技术覆盖落入所附权利要求的范围及其等同范围中的此类修改和变
化。本专利技术的其它对象、特征和方面公开于以下详细描述中或从中是显而易见的。本领域普通技术人员应理解本讨论仅是示例性实施方式的描述，而非意在限制本专利技术更广阔的方面。
[0032]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0033]术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种掺杂石墨烯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将石墨烯、金属盐和/或非金属化合物分散于溶剂中，干燥，制备复合粉末；及在保护气氛或真空气氛下将反应腔加热至预设温度后，对所述反应腔进行微波辐照，加入所述复合粉末，制备掺杂石墨烯；所述预设温度为500℃～900℃。2.根据权利要求1所述的掺杂石墨烯的制备方法，其特征在于，所述预设温度为700℃～800℃。3.根据权利要求1所述的掺杂石墨烯的制备方法，其特征在于，所述掺杂石墨烯中的掺杂原子为Fe原子、Cu原子、Co原子、Ni原子、Zn原子、N原子、P原子、S原子、B原子及F原子中的一种或多种。4.根据权利要求3所述的掺杂石墨烯的制备方法，其特征在于，所述掺杂原子与所述石墨烯中碳原子的质量比为1:(1～10...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晶，杜真真，于帆，王珺，李炯利，王旭东，王刚，罗圭纳，
申请(专利权)人：北京石墨烯技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：