一种三维氮掺杂石墨烯的制备方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 105731448 A(43)申请公布日 2016.07.06

(21)申请号 201610329301.8(22)申请日 2016.05.18

(71)申请人 桂林理工大学

地址 1004 广西壮族自治区桂林市建干

路12号(72)发明人 罗志虹　罗鲲　朱旻　(51)Int.Cl.

C01B 31/04(2006.01)

权利要求书1页 说明书2页 附图2页

CN 105731448 A()发明名称

一种三维氮掺杂石墨烯的制备方法(57)摘要

本发明公开了一种三维氮掺杂石墨烯的制备方法。(1)将1 g市售可膨胀石墨置于坩埚中，将其置于微波炉中进行微波处理，微波处理过程中，功率为600～800 W，处理时间为5～15秒，得三维石墨烯。(2)将200 mg三维石墨烯与铵盐混合，三维石墨烯与铵盐的质量比为2:0.5～6。(3)将步骤（2）得到的混合物在N2氛围下热处理，得到三维氮掺杂石墨烯，热处理温度为600～900℃，热处理时间为2～5小时。所述铵盐为NH4Cl、(NH4)2SO4和(NH4)3PO3中的一种。本发明操作简单，采用微波膨胀法得到结构稳定的三维石墨烯，并以无机盐为氮源，在热处理过程中进行掺氮处理，无需后续清洗干燥过程;得到的产物结构稳定性好、氮掺杂量高。

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权　利　要　求　书

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1.一种三维氮掺杂石墨烯的制备方法，其特征是在于具体步骤为： (1)将1 g市售可膨胀石墨置于坩埚中，将其置于微波炉中进行微波处理，微波处理过

处理时间为5～15秒，得三维石墨烯；程中，功率为600～800 W，

 (2)将200 mg步骤（1）得到的三维石墨烯与铵盐混合，三维石墨烯与铵盐的质量比为2:0.5～6；

 (3)将步骤（2）得到的混合物在N2氛围下热处理，得到三维氮掺杂石墨烯，热处理温度为600～900℃，热处理时间为2～5 小时；

所述铵盐为NH4Cl、(NH4)2SO4和(NH4)3PO3中的一种。

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一种三维氮掺杂石墨烯的制备方法

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技术领域

[0001]本发明涉及一种三维氮掺杂石墨烯的制备方法。

背景技术

[0002]石墨烯是一种新兴的二维碳材料，具有电导率高、比表面积大、化学稳定性好等优点，对石墨烯进行氮掺杂可以调节其电子结构、改变表面性质，引入活性基团等。氮掺杂石墨烯在超级电容器、锂空气电池、锂离子电池以及氧还原催化等方面有广泛应用。（ACS Appl. Mater.Interfaces,2014,6,6361-6368.Energy Environ. Sci., 2012, 5,6928-6932; Nano Lett.,2014,14,11,1171.）

石墨烯具有平面结构，单层石墨烯容易团聚，这将极大降低石墨烯的比表面积，从而降低其电池容量、催化活性等。而构建三维结构可以有效防止石墨烯的团聚。且其内部具有的多孔结构有利于石墨烯活性表面的保存。(中国发明专利，CN103601181A)

冷炫烨等（中国发明专利，CN104777207A）以泡沫材料为基体，采用CVD法在含氮源条件下沉积氮掺杂石墨烯，经酸刻蚀后得到三维无支撑氮掺杂石墨烯，然而CVD法成本高，产量少；徐春祥等（中国发明专利，CN103496695A）在氧化石墨烯水溶胶中加入六次甲基四胺，在热还原过程中进行氮掺杂，经冷冻干燥得到三维结构氮掺杂石墨烯，但这种结构溶液坍塌。因此，结构稳定的三维氮掺杂石墨烯的操作简单的制备方法仍有待探索。发明内容

[0003]本发明的目的是提供一种结构稳定的三维氮掺杂石墨烯的制备方法。[0004]具体步骤为：

 (1)将1 g市售可膨胀石墨置于坩埚中，将其置于微波炉中进行微波处理，微波处理过程中，功率为600～800 W，处理时间为5～15秒，得三维石墨烯。[0005] (2)将200 mg步骤（1）得到的三维石墨烯与铵盐混合，三维石墨烯与铵盐的质量比为2:0.5～6。

[0006] (3)将步骤（2）得到的混合物在N2氛围下热处理，得到三维氮掺杂石墨烯，热处理温度为600～900℃，热处理时间为2～5 小时。[0007]所述铵盐为NH4Cl、(NH4)2SO4和(NH4)3PO3中的一种。[0008]本发明操作简单，采用微波膨胀法得到结构稳定的三维石墨烯，并以无机盐为氮源，在热处理过程中进行掺氮处理，无需后续清洗干燥过程;得到的产物结构稳定性好、氮掺杂量高。

附图说明

[0009]图1为本发明实施例1微波处理前后的石墨烯照片，a: 处理前;b: 处理后。[0010]图2为本发明实施例1三维氮掺杂石墨烯的SEM图。[0011]图3为本发明实施例1三维氮掺杂石墨烯的XPS图。

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具体实施方式[0012]实施例1:

1、将1g市售可膨胀石墨置于坩埚中，将其置于微波炉中，以800W功率微波处理8 秒，得三维石墨烯。[0013]2、将200 mg步骤（1）中得到的三维石墨烯与NH4Cl混合, 三维石墨烯与NH4Cl的质量比为2:4。[0014]3、将步骤（2）得到的混合物在N2氛围中，800℃热处理3 小时，得到三维氮掺杂石墨烯。

[0015]实施例2：

1、将1g市售可膨胀石墨置于坩埚中，将其置于微波炉中，以700W功率微波处理6 秒，得三维石墨烯。[0016]2、将步骤（1）得到的200 mg三维石墨烯与NH4Cl混合, 三维石墨烯与NH4NO3的质量比为2:1。[0017]3、将步骤（2）得到的混合物在N2氛围中,700℃下热处理2 小时，得到三维氮掺杂石墨烯。

[0018]实施例3:

1、将1g市售可膨胀石墨置于坩埚中，将其置于微波炉中，以700W功率微波处理8秒，得三维石墨烯。[0019]2、将步骤（1）得到的200 mg三维石墨烯与(NH4)2SO4混合, 三维石墨烯与(NH4)2SO4的质量比为2:3。[0020]3、将步骤（2）得到的混合物在N2氛围中,900℃下热处理3小时，得到三维氮掺杂石墨烯。

[0021]实施例4:

1、将1g市售可膨胀石墨置于坩埚中，将其置于微波炉中，以600W功率微波处理12秒，得三维石墨烯。[0022]2、将步骤（1）得到的200 mg三维石墨烯与(NH4)3PO3混合, 三维石墨烯与(NH4)3PO3的质量比为2:0.5。[0023]3、将步骤（2）得到的混合物在N2氛围中,800℃下热处理4小时，得到三维氮掺杂石墨烯。

[0024]实施例5:

1、将1g市售可膨胀石墨置于坩埚中，将其置于微波炉中，以700W功率微波处理9秒，得三维石墨烯。[0025]2、将步骤（1）得到的200 mg三维石墨烯与(NH4)2SO4混合, 三维石墨烯与(NH4)2SO4的质量比为2:3。[0026]3、将步骤（2）得到的混合物在N2氛围中,900℃下热处理2小时，得到三维氮掺杂石墨烯。

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说　明　书　附　图

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图1

图2

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图3

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