一種氮摻雜石墨烯的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于石墨烯領(lǐng)域，其公開了一種氮摻雜石墨烯的制備方法，包括步驟：將氧化石墨加入到溶劑中超聲分散處理，形成0.5-1mg/ml均勻分散的氧化石墨烯溶液，然后加入氮源，攪拌處理，使兩者混合均勻，得到氧化石墨烯與氮源的混合溶液；將所述混合溶液放入反應(yīng)器中，密封后，于240℃-400℃和5-25MPa下進(jìn)行熱處理0.5-5h，卸掉反應(yīng)器的壓力，得到氮摻雜石墨烯。本發(fā)明提供的氮摻雜石墨烯制備方法，通過在液相將氧化石墨烯與氮源混合，混合較為均勻，再通過臨界流體瞬間釋放的壓力，破壞石墨烯層與層之間的范德華力，防止石墨烯的團(tuán)聚，從而得到石墨烯與氮源混合均勻的氮摻雜石墨烯。
【專利說明】—種氮摻雜石墨烯的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石墨烯領(lǐng)域，尤其涉及一種氮摻雜石墨烯的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自從英國曼徹斯特大學(xué)的安德烈.K.海姆(Andre K.Geim)等在2004年制備出石墨烯材料，由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和光電性質(zhì)受到了人們廣泛的重視。單層石墨由于其大的比表面積，優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能和低的熱膨脹系數(shù)而被認(rèn)為是理想的材料。如:①高強(qiáng)度，楊氏摩爾量，(1，IOOGPa)，斷裂強(qiáng)度:(125GPa);②高熱導(dǎo)率，(5, 000ff/mK);③高導(dǎo)電性、載流子傳輸率，(200，OOOcmVV.s);④高的比表面積，(理論計(jì)算值:2，630m2/g)。尤其是其高導(dǎo)電性質(zhì)，大的比表面性質(zhì)和其單分子層二維的納米尺度的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，可在超級電容器和鋰離子電池中用作電極材料。到目前為止，制備石墨烯的方法有許多種，其中氧化-還原法是一種能夠大量制備石墨烯且產(chǎn)率較高的一種方法，整個過程涉及到將石墨氧化成氧化石墨，氧化石墨剝落產(chǎn)生的氧化石墨烯，再通過化學(xué)或熱還原為石墨烯。
[0003]當(dāng)氧化石墨被還原成石墨烯時，一般含氧量還在10%左右，作為電極材料來說，使得其電導(dǎo)率和電化學(xué)穩(wěn)定性方面有一定的限制，當(dāng)把氧用氮取代之后，生成的P摻雜的石墨烯，不僅可提高其穩(wěn)定性，在電導(dǎo)性能方面也得到了增強(qiáng)。
[0004]一般直接通過固體氮源或氣體氮源與氧化石墨加熱的方法制備氮摻雜石墨烯，使得氮源與石墨烯的混合不夠均勻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的問題在于提供一種氮源與石墨烯的混合均勻的氮摻雜石墨烯制備方法。
[0006]本發(fā)提供的一種氮摻雜石墨烯的制備方法，可使得石墨烯與氮源較為均勻的混合，且制備的氮摻雜的石墨烯不容易團(tuán)聚。通過將氧化石墨與固體氮源先通過液相超聲，達(dá)到較均勻的分散，然后將混合溶液放入高溫高壓反應(yīng)釜中，然后再加熱加壓到溶劑的臨界溫度，反應(yīng)一定時間后，卸掉壓力，得到氮摻雜石墨烯粗產(chǎn)品，然后通過乙醇反復(fù)沖洗，過濾，干燥得到氮摻雜石墨烯。
[0007]具體技術(shù)方案如下:
[0008]一種氮摻雜石墨烯的制備方法，包括如下步驟:
[0009]將氧化石墨加入到溶劑中超聲分散處理,形成0.5-lmg/ml均勻分散的氧化石墨烯溶液，然后加入氮源，攪拌處理，使兩者混合均勻，得到氧化石墨烯與氮源的混合溶液；
[0010]將所述混合溶液放入反應(yīng)器中，密封后，于240°C -400°c和5_25MPa下進(jìn)行熱壓處理0.5-5h，卸掉反應(yīng)器的壓力，得到氮摻雜石墨烯。
[0011]所述氮摻雜石墨烯的制備方法，優(yōu)選，所述溶劑為水、乙醇或DMF (N，N-二甲基甲酰胺)。
[0012]所述氮摻雜石墨烯的制備方法，優(yōu)選，所述超聲分散處理的時間為30min_2h。[0013]所述氮摻雜石墨烯的制備方法，優(yōu)選，所述氮源為質(zhì)量濃度20%_50%的固體氮源溶液，所述固體氮源為尿素、硝酸銨或碳酸銨；所述氧化石墨與氮源的質(zhì)量比為
[0014]所述氮摻雜石墨烯的制備方法，優(yōu)選，所述反應(yīng)器為高溫高壓反應(yīng)釜。
[0015]所述氮摻雜石墨烯的制備方法，優(yōu)選，所述熱壓處理后，還對制得的氮摻雜石墨烯進(jìn)行純化干燥處理:將熱處理后得到的產(chǎn)物用乙醇反復(fù)沖洗、過濾，隨后于60°C下真空干燥，得到純化的氮摻雜石墨烯。
[0016]本發(fā)明提供的氮摻雜石墨烯制備方法，通過在液相將氧化石墨烯與氮源混合，混合較為均勻，再通過臨界流體瞬間釋放的壓力，破壞石墨烯層與層之間的范德華力，防止石墨烯的團(tuán)聚，從而得到石墨烯與氮源混合均勻的氮摻雜石墨烯；同時，這種方法制得的氮摻雜石墨烯具有較好的電導(dǎo)率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為實(shí)施例1制得的氮摻雜石墨烯的SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的較佳實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0019]實(shí)施例1
[0020]本發(fā)明一種氮摻雜石墨烯制備方法如下:
[0021](I)氧化石墨烯與尿素的混合溶液:將氧化石墨加入到水中超聲分散0.5h，形成lmg/ml均勻分散的氧化石墨烯溶液，然后加入質(zhì)量濃度50%的尿素水溶液，攪拌10分鐘，使兩者混合均勻，得到氧化石墨烯與尿素的混合溶液。
[0022](2)氮摻雜的石墨烯:將所得到的(I)中混合溶液放入高溫高壓反應(yīng)釜中，將其密封好，然后加熱到180°C，反應(yīng)30min，然后將其加熱到400°C，壓力在25MPa下，保持60min，緩慢卸掉反應(yīng)釜內(nèi)的壓力，得到氮摻雜石墨烯初產(chǎn)品，將此用乙醇反復(fù)沖洗，過濾，60°C真空干燥得到氮摻雜石墨烯。
[0023]圖1為實(shí)施例1制得的氮摻雜石墨烯的SEM圖。由圖1可知，氮摻雜石墨烯有一定的褶皺，并無出現(xiàn)團(tuán)聚。
[0024]實(shí)施例2
[0025]本發(fā)明一種氮摻雜石墨烯制備方法如下:
[0026](I)氧化石墨烯與硝酸銨的混合溶液:將氧化石墨加入到乙醇溶液中超聲分散Ih,形成0.8mg/ml均勻分散的氧化石墨烯溶液，然后加入質(zhì)量濃度40%的硝酸銨乙醇溶液，攪拌8分鐘，使兩者混合均勻，得到氧化石墨烯與硝酸銨的混合溶液。
[0027](2)氮摻雜的石墨烯:將所得到的(I)中混合溶液放入高溫高壓反應(yīng)釜中，將其密封好，然后加熱到110°C，反應(yīng)25min，然后將其加熱到245°C，壓力在6MPa下，保持30min，卸掉反應(yīng)釜內(nèi)的壓力，得到氮摻雜石墨烯初產(chǎn)品，將此用乙醇反復(fù)沖洗，過濾，60°C真空干燥得到氮摻雜石墨烯。
[0028]實(shí)施例3
[0029]本發(fā)明一種氮摻雜石墨烯制備方法如下:
[0030](I)氧化石墨烯與碳酸銨的混合溶液:將氧化石墨加入到甲醇溶劑中超聲分散2h，形成0.5mg/ml均勻分散的氧化石墨烯溶液，然后加入質(zhì)量濃度20%的碳酸銨甲醇溶液，攪拌5分鐘，使兩者混合均勻，得到氧化石墨烯與碳酸銨的混合溶液。
[0031](2)氮摻雜的石墨烯:將所得到的(I)中混合溶液放入高溫高壓反應(yīng)釜中，將其密封好，然后加熱到70°C，反應(yīng)lOmin，然后將其加熱到240°C，壓力在8MPa下，保持lOmin，卸掉反應(yīng)釜內(nèi)的壓力，得到氮摻雜石墨烯初產(chǎn)品，將此用乙醇反復(fù)沖洗，過濾，60°C真空干燥得到氮摻雜石墨烯。
[0032]氮摻雜石墨烯的電導(dǎo)率測試
[0033]通過四探針法測定氮摻雜的石墨烯的電導(dǎo)率，測試結(jié)果如表1所示。從電導(dǎo)率數(shù)據(jù)來說，所制備的氮摻雜石墨烯的電導(dǎo)率較高。
[0034]表1
[0035]
【權(quán)利要求】
1.一種氮摻雜石墨烯的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 將氧化石墨加入到溶劑中超聲分散處理，形成0.5-lmg/ml均勻分散的氧化石墨烯溶液，然后加入氮源，攪拌處理，使兩者混合均勻，得到氧化石墨烯與氮源的混合溶液； 將所述混合溶液放入反應(yīng)器中，密封后，于240°C -40(TC和5-25MPa下進(jìn)行熱處理0.5-5h，卸掉反應(yīng)器的壓力，到氮摻雜石墨烯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮摻雜石墨烯的制備方法，其特征在于，所述溶劑為水、乙醇或N，N-二甲基甲酰胺。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮摻雜石墨烯的制備方法，其特征在于，所述超聲分散處理的時間為30min-2h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮摻雜石墨烯的制備方法，其特征在于，所述氮源為質(zhì)量濃度20%-50%的固體氮源溶液。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氮摻雜石墨烯的制備方法，其特征在于，所述固體氮源為尿素、硝酸銨或碳酸銨。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、4或5所述的氮摻雜石墨烯的制備方法，其特征在于，所述氧化石墨與氮源的質(zhì)量比為1:1-5:1。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮摻雜石墨烯的制備方法，其特征在于，所述反應(yīng)器為所述反應(yīng)器為高溫高壓反應(yīng)爸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮摻雜石墨烯的制備方法，其特征在于，所述熱壓處理后，還對制得的氮摻雜石墨烯進(jìn)行純化干燥處理:將熱壓處理后得到的產(chǎn)物用乙醇反復(fù)沖洗、過濾，隨后于60°C下真空干燥，得到純化的氮摻雜石墨烯。
【文檔編號】C01B31/04GK103896254SQ201210572492
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月26日
【發(fā)明者】周明杰, 吳鳳, 王要兵 申請人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司, 深圳市海洋王照明工程有限公司