n，然后
1000W—lmino
[0040]優(yōu)選地，使用含硫化合物為對甲基苯磺酸或者硫脲時(shí)，微波升溫程序?yàn)?00-500W—l-5min,接著 600-1000W—l-5min。
[0041]與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的具有以下優(yōu)勢:
其一、制備的精選氧化石墨烯，形貌、尺寸均一，可以微波極速熱膨脹得到多孔的石墨烯，有利于生產(chǎn)形貌、尺寸均一的多孔氮摻雜石墨烯。
[0042]其二、合成的多孔氮硫摻雜的石墨烯具有更大比表面積，導(dǎo)電性優(yōu)異。
[0043]其三、合成工藝簡單、周期短，耗能低，原料少，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
[0044]實(shí)施例一
步驟一、改良過的Hmnmers法制備精選的氧化石墨稀粉末:將1.0 g天然石墨置于干燥的燒杯中，加入40.0mL濃硫酸、1.0g硝酸鈉，在4°C下攪拌反應(yīng)30min后，緩慢加入5 g高錳酸鉀，用時(shí)40min，繼續(xù)4°C以下攪拌4 h，然后室溫?cái)嚢?0 h，間歇性的超聲振動反應(yīng)物，每次2h，總共超聲4次，直到變成紅棕色，石墨插層充分完成，進(jìn)入高溫部分，攪拌情況下加入100.0 ml稀硫酸達(dá)到90°C，攪拌反應(yīng)2h后滴加7.0mL 30%的過氧化氫，繼續(xù)攪拌lh。先離心洗一次后，依次使用稀鹽酸和去離子水離心洗滌氧化石墨烯，最后將氧化石墨烯稀釋到100.0 ml,以進(jìn)風(fēng)溫度為200°C，進(jìn)料量為50%，通風(fēng)量為600L/h，噴霧干燥得到精選的黃色氧化石墨烯粉末。
[0045]步驟二、按質(zhì)量比1:0.5:0.2將氧化石墨烯與三聚氰胺、升華硫粉混合均勻，得到多孔共慘雜石墨稀的如驅(qū)體。
[0046]步驟三、將適量的步驟二得到的前驅(qū)體放在小坩禍內(nèi)，加蓋放到微波爐內(nèi)自制的內(nèi)襯里，通入保護(hù)氣體氮?dú)馊昼?，微波程序四，極速升溫內(nèi)襯，熱膨脹前驅(qū)體，四分鐘后，自然冷卻至室溫得到多孔共摻雜石墨烯。
[0047]得到的多孔共摻雜石墨烯材料厚度約1.4nm，表面有深淺不一小孔，孔徑分布在5-50nm之間。含氮量占碳、氮、硫、氧總量的為10at%，硫占4at%。本實(shí)施例所制備的多孔共摻雜石墨烯其SEM圖如圖2所示，其與多孔石墨烯的拉曼圖對比如圖3所示，其XPS圖、AFM圖分別如圖4和圖5所不。
[0048]實(shí)施例二
步驟一、改良過的Hmnmers法制備精選的氧化石墨稀粉末:將2.0 g天然石墨置于干燥的燒杯中，加入70.0mL濃硫酸、2.0 g硝酸鈉，在冰水浴下攪拌反應(yīng)2h后，緩慢加入7.0g高錳酸鉀，用時(shí)30min，繼續(xù)冰水裕中攪拌2 h，然后室溫?cái)嚢?h，間歇性的超聲振動反應(yīng)物，每次2h，超聲機(jī)內(nèi)換水，超聲4次，直到變成紅棕色，石墨氧化插層充分完成，進(jìn)入高溫部分，攪拌情況下加入300.0 ml稀硫酸達(dá)到90°C，攪拌反應(yīng)2h后滴加8.0mL 30%的過氧化氫，繼續(xù)攪拌lh。先離心洗一次后，依次使用稀鹽酸、去離子水離心洗滌氧化石墨烯至pH=5-7，最后將氧化石墨烯稀釋到750.0ml，以進(jìn)風(fēng)溫度為200°C，進(jìn)料量為50%，通風(fēng)量為400L/h，噴霧干燥得到精選的氧化石墨烯粉末。
[0049]步驟二、按質(zhì)量比1:0.2:0.2將精選的氧化石墨烯、三聚氰胺、升華硫粉混合均勻，得到多孔共摻雜石墨烯的前驅(qū)體。
[0050]步驟三、將適量的步驟二得到的前驅(qū)體放在小坩禍內(nèi)，加蓋放到微波爐內(nèi)自制的內(nèi)襯里，通入保護(hù)氣體氮?dú)馊昼?，微波程序四，極速升溫內(nèi)襯，熱膨脹前驅(qū)體，四分鐘后，自然冷卻至室溫得到多孔共摻雜石墨烯。
[0051]實(shí)施例三
步驟一、改良過的Hmnmers法制備精選的氧化石墨稀粉末:將2.0 g天然石墨置于干燥的燒杯中，加入80.0mL濃硫酸、1.0 g硝酸鈉，在冰水浴下攪拌反應(yīng)2h后，緩慢加入10.0g高錳酸鉀，用時(shí)40min，繼續(xù)冰水裕中攪拌2 h，然后室溫?cái)嚢?h，間歇性的超聲振動反應(yīng)物，每次2h，超聲機(jī)內(nèi)換水，超聲4次，直到變成紅棕色，石墨氧化插層充分完成，進(jìn)入高溫部分，攪拌情況下加入300.0 ml稀硫酸達(dá)到90°C，攪拌反應(yīng)2h后滴加7.0mL 30%的過氧化氫，繼續(xù)攪拌lh。先離心洗一次后，依次使用稀鹽酸、去離子水離心洗滌氧化石墨烯至pH=5-7，最后將氧化石墨烯稀釋到800.0ml，以進(jìn)風(fēng)溫度為200°C，進(jìn)料量為40%，通風(fēng)量為800L/h，噴霧干燥得到精選的黃色氧化石墨烯粉末。
[0052]步驟二、按質(zhì)量比1:0.2:0.2將精選氧化石墨烯、尿素、升華硫粉混合均勻，得到多孔共慘雜石墨稀的如驅(qū)體。
[0053]步驟三、將適量的步驟二得到的前驅(qū)體放在小坩禍內(nèi)，加蓋放到微波爐內(nèi)自制的內(nèi)襯里，通入保護(hù)氣體氮?dú)馊昼姡⒉ǔ绦蛉?，極速升溫內(nèi)襯，熱膨脹前驅(qū)體，四分鐘后，自然冷卻至室溫得到多孔共摻雜石墨烯。
[0054]實(shí)施例四
步驟一、改良過的Hmnmers法制備精選的氧化石墨稀粉末:將5.0 g天然石墨置于干燥的燒杯中，加入200.0mL濃硫酸、2.5 g硝酸鈉，在冰水浴下攪拌反應(yīng)2h后，緩慢加入30.0g高錳酸鉀，用時(shí)40min，繼續(xù)冰水裕中攪拌2 h，然后室溫?cái)嚢?h，間歇性的超聲振動反應(yīng)物，每次2h，超聲機(jī)內(nèi)換水，超聲4次，直到變成紅棕色，石墨氧化插層充分完成，進(jìn)入高溫部分，攪拌情況下加入600.0mL稀硫酸達(dá)到90°C，攪拌反應(yīng)2h后滴加15.0mL 30%的過氧化氫，繼續(xù)攪拌lh。先離心洗一次后，依次使用稀鹽酸、去離子水離心洗滌氧化石墨烯至pH=5-7，最后將氧化石墨烯稀釋到1500.0 ml,以進(jìn)風(fēng)溫度為200°C，進(jìn)料量為40%，通風(fēng)量為800L/h，噴霧干燥得到精選的黃色氧化石墨烯粉末。
[0055]步驟二、按質(zhì)量比1:0.2將精選氧化石墨烯與硫脲混合物均勻，得到多孔共摻雜石墨稀的肖U驅(qū)體。
[0056]步驟三、將適量的步驟二得到的前驅(qū)體放在小坩禍內(nèi)，加蓋放到微波爐內(nèi)自制的內(nèi)襯里，通入保護(hù)氣體氮?dú)馊昼?，按微波程?400W—lmin，接著900W—3min極速升溫內(nèi)襯，熱膨脹前驅(qū)體，四分鐘后，自然冷卻至室溫得到多孔共摻雜石墨烯。
[0057]本發(fā)明的制備方法耗能低，生成周期短，成本低廉，適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，合成的多孔共摻雜石墨烯具有良好的比表面積、孔徑分布均勻、氮硫的含量可控，可廣泛應(yīng)用在超級電容器、生物傳感器、空氣電池、燃料電池催化等領(lǐng)域。
[0058]應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于上述的舉例，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種通過微波制備多孔共摻雜石墨烯的方法，其特征在于，包括: 步驟一、以石墨為原料制備氧化石墨烯粉末； 步驟二、按1:0.1-1:0.1-1的質(zhì)量比例將氧化石墨烯粉末、含氮化合物、含硫化合物混合研磨均勻，得到多孔共摻雜石墨烯的前驅(qū)體； 步驟三、惰性氣體保護(hù)下，使用微波為前驅(qū)體提供高溫，經(jīng)熱膨脹得到多孔共摻雜石墨稀。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過微波制備多孔共摻雜石墨烯的方法，其特征在于，所述步驟三中，使用微波為前驅(qū)體提供高溫時(shí)的升溫速度為1-10°C /so3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過微波制備多孔共摻雜石墨烯的方法，其特征在于，所述含氮化合物包括三聚氰胺、尿素、L-谷氨酸中的至少一種。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過微波制備多孔共摻雜石墨烯的方法，其特征在于，所述含硫化合物包括升華硫粉、對甲苯磺酸、2-噻吩甲醛中的至少一種。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過微波制備多孔共摻雜石墨烯的方法，其特征在于，所述含氮化合物和含硫化合物均為同時(shí)含氮和含硫的化合物。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的通過微波制備多孔共摻雜石墨烯的方法，其特征在于，所述同時(shí)含氮和含硫的化合物為硫脲。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過微波制備多孔共摻雜石墨烯的方法，其特征在于，所述惰性氣體為氮?dú)饣驓鍤狻?.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過微波制備多孔共摻雜石墨烯的方法，其特征在于，步驟三中，微波功率為100-1000W，微波時(shí)間為l-10min。9.一種多孔共摻雜石墨烯，其特征在于，采用如權(quán)利要求1~8任一項(xiàng)所述的方法制備ΟΤΙ D10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的多孔共摻雜石墨烯，其特征在于，所述多孔共摻雜石墨烯的厚度為1.2-1.4nm，表面含有孔徑為5_50nm的孔。
【專利摘要】本發(fā)明公開多孔共摻雜石墨烯及其制備方法。其中，制備方法包括步驟：步驟一、以石墨為原料制備氧化石墨烯粉末；步驟二、按1：0.1-1：0.1-1的質(zhì)量比例將氧化石墨烯粉末、含氮化合物、含硫化合物混合研磨均勻，得到多孔共摻雜石墨烯的前驅(qū)體；步驟三、惰性氣體保護(hù)下，使用微波為前驅(qū)體提供高溫，經(jīng)熱膨脹得到多孔共摻雜石墨烯。本發(fā)明使用少量的摻雜前驅(qū)體，通過微波快速地升溫達(dá)到石墨烯熱膨脹所需的溫度，可以在三分鐘內(nèi)制得多孔共摻雜石墨烯材料。本發(fā)明的方法成本低廉，耗能低，無有毒氣體排放，可大規(guī)模生產(chǎn)多孔共摻雜石墨烯材料，可應(yīng)用于超級電容器、生物傳感器、空氣電池及燃料電池等催化等領(lǐng)域。
【IPC分類】C01B31/04
【公開號】CN105271203
【申請?zhí)枴緾N201510795433
【發(fā)明人】李永亮, 吳茂生, 任祥忠, 張培新
【申請人】深圳大學(xué)
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年11月18日