硼摻雜石墨烯及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于電化學(xué)領(lǐng)域，其公開了一種硼摻雜石墨烯及其制備方法；該復(fù)合材料的制備方法包括步驟：將氧化石墨置于惰性氛圍的反應(yīng)器中；對(duì)氧化石墨進(jìn)行加入處理；往反應(yīng)器中加入水蒸氣，進(jìn)行活化處理；隨后通入硼烷并在硼烷保護(hù)下冷卻至室溫，得到硼摻雜石墨烯樣品；將石墨烯樣品真空干燥處理，得到硼摻雜石墨烯。本發(fā)明的硼摻雜石墨烯制備方法，能夠得到高比表面積的硼摻雜石墨烯，活化與硼摻雜在同一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行,連續(xù)進(jìn)行兩個(gè)過程,減小了工藝步驟,有利于節(jié)約成本,同時(shí)活化之后增加硼烷退火處理克服了硼摻雜過程中導(dǎo)致比表面積降低的缺點(diǎn)。
【專利說明】硼摻雜石墨烯及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石墨烯領(lǐng)域，尤其涉及一種硼摻雜石墨烯及其制備方法?！颈尘凹夹g(shù)】(請(qǐng)發(fā)明人注意:技術(shù)方案所要解決的問題是制備硼摻雜石墨烯，而【背景技術(shù)】中所給出的問題是解決石墨烯制備問題，也就是說技術(shù)方案與所要解決的技術(shù)問題不相符，請(qǐng)發(fā)明人根據(jù)技術(shù)方案修正【背景技術(shù)】中的技術(shù)問題)
[0002]石墨烯是一種二維單分子層材料，全部由碳原子組成，是目前發(fā)現(xiàn)最薄的材料，這使得石墨烯具有優(yōu)異的性質(zhì)，如高比表面積，高電導(dǎo)率，高機(jī)械強(qiáng)度以及優(yōu)異的韌性等，在很多領(lǐng)域都有應(yīng)用的潛能，因此受到研究者的廣泛關(guān)注。石墨烯的理論比表面積可以達(dá)到2630m2/g，但實(shí)際上所制備的石墨烯的比表面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于這一數(shù)值，僅有600m2/g左右，這大大制約了石墨 烯的應(yīng)用。通過各種方法所制備的石墨烯的比表面積主要取決于石墨烯的層數(shù)和石墨烯的團(tuán)聚，石墨烯的層數(shù)越小，比表面積越高；石墨烯的團(tuán)聚程度越低，比表面積越高。目前，層數(shù)為一的石墨烯可以通過一些制備方法來實(shí)現(xiàn)，但石墨烯團(tuán)聚這個(gè)問題一直沒有好的方法給予解決，這大大限制了石墨烯向前發(fā)展和廣泛應(yīng)用。
[0003]到目前為止，所知道的制備石墨烯的方法有多種，如:(1)微機(jī)械剝離法。這種方法只能產(chǎn)生數(shù)量極為有限石墨烯片，可作為基礎(chǔ)研究；(2)超高真空石墨烯外延生長(zhǎng)法。這種方法的高成本以及小圓片的結(jié)構(gòu)限制了其應(yīng)用；(3)化學(xué)氣相沉積法(CVD)。此方法可以滿足規(guī)?；苽涓哔|(zhì)量石墨烯的要求，但成本較高，工藝復(fù)雜。(4)溶劑剝離法。此方法缺點(diǎn)是產(chǎn)率很低，限制它的商業(yè)應(yīng)用；(5)氧化-還原法。此方法是最簡(jiǎn)單可大量獲得石墨烯的一種普遍方法，比較常用的還原方法是化學(xué)還原(水合肼、乙二胺、硼氫化鈉等做還原劑)和快速熱還原，但是各種方法還原后，石墨烯都會(huì)存在一個(gè)團(tuán)聚的過程，造成石墨烯的比表面積偏小，一般小于900m2/go
[0004]石墨烯非常容易衍生化，其衍生物也受到研究者的廣泛關(guān)注，目前石墨烯衍生物主要有氮摻雜石墨烯和硼摻雜石墨烯。其中硼摻雜石墨烯由于硼原子比碳原子外層少一個(gè)電子，呈P-型摻雜，相比石墨烯具有更好的儲(chǔ)能性能，且硼摻雜石墨烯的硼含量越高，儲(chǔ)能性能越好。目前，容易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化制備硼摻雜石墨烯的方法為高溫固相熱摻雜法，而這種方法目前最大的問題是所制備的硼摻雜石墨烯比表面積較低，限制其在儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]基于上述問題，本發(fā)明所要解決的問題在于提供一種比表面積較高的鵬摻雜石墨烯的制備方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]一種硼摻雜石墨烯的制備方法，包括如下步驟:
[0008]首選，將氧化石墨置于惰性氛圍的反應(yīng)器中；
[0009]隨后，于800-1000?下對(duì)氧化石墨進(jìn)行加熱處理，
[0010]接著，再往反應(yīng)器中通入水蒸氣，進(jìn)行活化處理3(Tl20min ；[0011]再接著，活化處理完全后，往反應(yīng)器中通入含硼氣態(tài)化合物，并在含硼氣態(tài)化合物保護(hù)下降到室溫，得到硼摻雜石墨烯樣品；
[0012]最后，將硼摻雜石墨烯樣品進(jìn)行干燥處理，得到硼摻雜石墨烯。
[0013]優(yōu)選，所述硼摻雜石墨烯的制備方法，其中，所述加熱處理時(shí)，加熱溫度是以5~15°C /min的升溫速度升溫至80(Tl00(TC。
[0014]優(yōu)選，所述硼摻雜石墨烯的制備方法，其中，所述干燥處理是在真空干燥箱中進(jìn)行，且干燥溫度為8(Tl2(TC，干燥時(shí)間為8~12h。
[0015]優(yōu)選，所述硼摻雜石墨烯的制備方法，其中，含硼氣態(tài)化合物為硼烷、甲硼烷、乙硼烷、丙硼烷或丁硼烷。
[0016]優(yōu)選，所述硼摻雜石墨烯的制備方法，其中，所述惰性氛圍包括氮?dú)?、氬氣、及氮?dú)夂蜌鍤饣旌蠚鈽?gòu)成的惰性氛圍。
[0017]本發(fā)明還提供一種硼摻雜石墨烯，該硼摻雜石墨烯采用上述制備方法制得。
[0018]本發(fā)明提供的石墨烯的制備方法，該方法采用水蒸氣對(duì)氧化石墨進(jìn)行活化同樣能實(shí)現(xiàn)聞比表面積，得到的石墨稀的比表面積為1000 2000m2/g,聞?dòng)诔Ｒ?guī)方法制備的石墨稀比表面積r900m2/g)大大提高了電導(dǎo)率。活化與硼摻雜在同一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行，連續(xù)進(jìn)行兩個(gè)過程，減小了工藝步驟，有利于節(jié)約成本，同時(shí)活化之后增加硼烷退火處理克服了硼摻雜過程中導(dǎo)致比表面積降低的缺點(diǎn)。
[0019]該制備方法不需要采用強(qiáng)耐腐蝕的設(shè)備，降低了設(shè)備的投入成本，同時(shí)增加了設(shè)備的使用壽命；采用的水蒸氣對(duì)環(huán)境和人都沒有危害，可以直接排放到大氣中，降低了尾氣處理成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明硼摻雜石墨烯的制備工藝流程圖；
[0021 ] 圖2為實(shí)施例1制得的硼摻雜石墨烯的SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明提供的硼摻雜石墨烯的制備方法，如圖1所示，其工藝步驟如下:
[0023]S1、將氧化石墨放入到反應(yīng)器，本發(fā)明優(yōu)選馬弗爐內(nèi)，然后向馬弗爐內(nèi)通入30-60分鐘惰性氣體，如氮?dú)?、氬氣或者氮?dú)夂蜌鍤饣旌蠚猓耘懦鲴R弗爐內(nèi)的空氣，使馬弗爐內(nèi)形成惰性氛圍；
[0024]S2、以5~15°C /min的升溫速度升溫至80(Tl00(rC，對(duì)氧化石墨進(jìn)行加入處理；
[0025]S3、停止通入惰性氣體，接著往馬弗爐內(nèi)通入水蒸氣，進(jìn)行活化處理3(Tl20min，活化處理完全后，停止通入水蒸氣；
[0026]S4、再接著通入含硼氣態(tài)化合物，并在含硼氣態(tài)化合物的保護(hù)下降到室溫，得到硼摻雜石墨烯樣品；其中，含硼氣態(tài)化合物為硼烷、甲硼烷、乙硼烷、丙硼烷或丁硼烷；
[0027]S5、其中，將硼摻雜石墨烯樣品放入真空干燥箱內(nèi)在8(T12(TC真空干燥處理8~12小時(shí)，得到硼摻雜石墨烯。
[0028]本發(fā)明提供的石墨烯的制備方法，該方法采用水蒸氣對(duì)氧化石墨進(jìn)行活化同樣能實(shí)現(xiàn)聞比表面積，得到的石墨稀的比表面積為1000 2000m2/g,聞?dòng)诔Ｒ?guī)方法制備的石墨稀比表面積r900m2/g)，大大提高了電導(dǎo)率。活化與硼摻雜在同一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行，連續(xù)進(jìn)行兩個(gè)過程，減小了工藝步驟，有利于節(jié)約成本，同時(shí)活化之后增加硼烷退火處理克服了硼摻雜過程中導(dǎo)致比表面積降低的缺點(diǎn)。
[0029]該制備方法不需要采用強(qiáng)耐腐蝕的設(shè)備，降低了設(shè)備的投入成本，同時(shí)增加了設(shè)備的使用壽命；采用的水蒸氣對(duì)環(huán)境和人都沒有危害，可以直接排放到大氣中，降低了尾氣處理成本。
[0030]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0031]實(shí)施例1
[0032]將40g氧化石墨加入馬弗爐內(nèi)，首先向馬弗爐內(nèi)通入氮?dú)庖则?qū)趕其中空氣，30分鐘后開始加熱，以5°C /min速度升溫至800°C ;然后通入水蒸氣進(jìn)行活化，在800°C的溫度下活化120min后 ，停止加熱，將氣流切換為硼烷，在硼烷保護(hù)下降至室溫，得到硼摻雜石墨烯樣品，然后將樣品放入真空干燥箱內(nèi)在80°C真空干燥12小時(shí)，得到高比表面積的硼摻雜石墨烯。
[0033]圖2為實(shí)施例1制得的硼摻雜石墨烯的SEM圖；由圖2可知，硼摻雜石墨烯已經(jīng)完全被剝離開，具有較高的比表面積。
[0034]實(shí)施例2
[0035]將40g氧化石墨加入馬弗爐內(nèi)，首先向馬弗爐內(nèi)通入氬氣以驅(qū)趕其中空氣，60分鐘后開始加熱，以15°C /min速度升溫至1000°C ;然后通入水蒸氣進(jìn)行活化，在1000°C的溫度下活化30min后，停止加熱，將氣流切換為甲硼烷，在甲硼烷保護(hù)下降至室溫，得到硼摻雜石墨烯樣品，然后將樣品放入真空干燥箱內(nèi)在120°C真空干燥8小時(shí)，得到高比表面積的硼摻雜石墨烯。
[0036]實(shí)施例3
[0037]將40g氧化石墨加入馬弗爐內(nèi)，首先向馬弗爐內(nèi)通入氮?dú)夂蜌鍤饣旌蠚怏w以驅(qū)趕其中空氣，35分鐘后開始加熱，以6°C /min速度升溫至850°C ;然后通入水蒸氣進(jìn)行活化，在850°C的溫度下活化IOOmin后，停止加熱，將氣流切換為乙硼烷，在乙硼烷保護(hù)下降至室溫，得到硼摻雜石墨烯樣品，然后將樣品放入真空干燥箱內(nèi)在85°C真空干燥11小時(shí)，得到聞比表面積的砸慘雜石墨稀。
[0038]實(shí)施例4
[0039]將40g氧化石墨加入馬弗爐內(nèi)，首先向馬弗爐內(nèi)通入氮?dú)庖则?qū)趕其中空氣，40分鐘后開始加熱，以8°C /min速度升溫至870°C ;然后通入水蒸氣進(jìn)行活化，在870°C的溫度下活化90min后，停止加熱，將氣流切換為丙硼烷，在丙硼烷保護(hù)下降至室溫，得到硼摻雜石墨烯樣品，然后將樣品放入真空干燥箱內(nèi)在90°C真空干燥11小時(shí)，得到高比表面積的硼摻雜石墨烯。
[0040]實(shí)施例5
[0041 ] 將40g氧化石墨加入馬弗爐內(nèi)，首先向馬弗爐內(nèi)通入氮?dú)庖则?qū)趕其中空氣，45分鐘后開始加熱，以10°C /min速度升溫至900°C ;然后通入水蒸氣進(jìn)行活化，在900°C的溫度下活化75min后，停止加熱，將氣流切換為丁硼烷，在丁硼烷保護(hù)下降至室溫，得到硼摻雜石墨烯樣品，然后將樣品放入真空干燥箱內(nèi)在100°C真空干燥10小時(shí)，得到高比表面積的砸燒石墨稀。[0042]實(shí)施例6
[0043]將40g氧化石墨加入馬弗爐內(nèi)，首先向馬弗爐內(nèi)通入氮?dú)庖则?qū)趕其中空氣，50分鐘后開始加熱，以12°C /min速度升溫至950°C ;然后通入水蒸氣進(jìn)行活化，在950°C的溫度下活化60min后，停止加熱，將氣流切換為硼烷，在硼烷保護(hù)下降至室溫，得到硼摻雜石墨烯樣品，然后將樣品放入真空干燥箱內(nèi)在110°C真空干燥9小時(shí)，得到高比表面積的硼烷石墨稀。
[0044]實(shí)施例7
[0045]將40g氧化石墨加入馬弗爐內(nèi)，首先向馬弗爐內(nèi)通入氮?dú)庖则?qū)趕其中空氣，55分鐘后開始加熱，以14°C /min速度升溫至980°C ;然后通入水蒸氣進(jìn)行活化，在980°C的溫度下活化40min后，停止加熱，將氣流切換為硼烷，在硼烷保護(hù)下降至室溫，得到硼摻雜石墨烯樣品，然后將樣品放入真空干燥箱內(nèi)在115°C真空干燥8小時(shí)，得到高比表面積的硼烷石墨稀。
[0046]對(duì)實(shí)施例f 7制備的硼摻雜石墨烯通過BET測(cè)試得到的比表面積如表1所示:
[0047]表1
[0048]
【權(quán)利要求】
1.一種硼摻雜石墨烯的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 首選，將氧化石墨置于惰性氛圍的反應(yīng)器中； 隨后，于80(Ti00(rc下對(duì)氧化石墨進(jìn)行加熱處理， 接著，再往反應(yīng)器中通入水蒸氣，進(jìn)行活化處理3(Tl20min ； 再接著，活化處理完全后，往反應(yīng)器中通入含硼氣態(tài)化合物，并在含硼氣態(tài)化合物保護(hù)下降到室溫，得到硼摻雜石墨烯樣品； 最后，將硼摻雜石墨烯樣品進(jìn)行干燥處理，得到硼摻雜石墨烯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硼摻雜石墨烯的制備方法，其特征在于，所述加熱處理時(shí)，加熱溫度是以5~15°C /min的升溫速度升溫至80(Tl00(TC。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硼摻雜石墨烯的制備方法，其特征在于，所述干燥處理是在真空干燥箱中進(jìn)行，且干燥溫度為8(T12(TC，干燥時(shí)間為8~12h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硼摻雜石墨烯的制備方法，其特征在于，含硼氣態(tài)化合物為硼烷、甲硼烷、乙硼烷、丙硼烷或丁硼烷。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一所述的硼摻雜石墨烯的制備方法，其特征在于，所述惰性氛圍包括氮?dú)狻鍤?、及氮?dú)夂蜌鍤饣旌蠚鈽?gòu)成的惰性氛圍。
6.一種硼摻雜石墨烯，其特征在于，該硼摻雜石墨烯采用權(quán)利要求f 5任一所述的制備方法制得。
【文檔編號(hào)】C01B31/04GK103833017SQ201210483615
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2012年11月23日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月23日
【發(fā)明者】周明杰, 鐘玲瓏, 王要兵, 劉大喜 申請(qǐng)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