一種硼摻雜石墨烯的製備方法
2023-06-01 03:29:56 1
一種硼摻雜石墨烯的製備方法
【專利摘要】本發明屬於石墨烯領域，其公開了一種硼摻雜石墨烯的製備方法，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，然後加入硼源，攪拌處理，使兩者混合均勻，得到氧化石墨烯與硼源的混合溶液；將所述混合溶液放入反應器中，密封后，於240℃-400℃和5-25MPa下進行熱壓處理0.5-5h，卸掉反應器的壓力，得到硼摻雜石墨烯。本發明提供的硼摻雜石墨烯製備方法，通過在液相將氧化石墨烯與硼源混合，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範德華力，防止石墨烯的團聚，從而得到石墨烯與硼源混合均勻的硼摻雜石墨烯。
【專利說明】一種硼摻雜石墨烯的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及石墨烯領域，尤其涉及一種硼摻雜石墨烯的製備方法。
【背景技術】
[0002]自從英國曼徹斯特大學的安德烈.K.海姆(Andre K.Geim)等在2004年製備出石墨烯材料，由於其獨特的結構和光電性質受到了人們廣泛的重視。單層石墨由於其大的比表面積，優良的導電、導熱性能和低的熱膨脹係數而被認為是理想的材料。如:①高強度，楊氏摩爾量，(1，IOOGPa)，斷裂強度:(125GPa);②高熱導率，(5, 000ff/mK);③高導電性、載流子傳輸率，(200，000cm2/V.s);④高的比表面積，(理論計算值:2，630m2/g)。尤其是其高導電性質，大的比表面性質和其單分子層二維的納米尺度的結構性質，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，製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製備石墨烯且產率較高的一種方法，整個過程涉及到將石墨氧化成氧化石墨，氧化石墨剝落產生的氧化石墨烯，再通過化學或熱還原為石墨烯。
[0003]當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，使得其電導率和電化學穩定性方面有一定的限制，當把氧用硼取代之後，生成的P摻雜的石墨烯，不僅可提高其穩定性，在電導性能方面也得到了增強。
[0004]一般直接通過固體硼源或氣體硼源與氧化石墨加熱的方法製備硼摻雜石墨烯，使得硼源與石墨烯的混合不夠均勻。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的問題在於提供一種硼源與石墨烯的混合均勻的硼摻雜石墨烯製備方法。
[0006]本發明提供的一種硼摻雜石墨烯的製備方法，可使石墨烯與硼源較為均勻的混合，且製備的硼摻雜的石墨烯不容易團聚。通過將氧化石墨與固體硼源先通過液相超聲，達到較均勻的分散，然後將混合溶液放入高溫高壓反應釜中，然後再加熱加壓到溶劑的臨界溫度，反應一定時間後，卸掉壓力，得到硼摻雜石墨烯粗產品，然後通過乙醇反覆衝洗，過濾，乾燥得到硼摻雜石墨烯。
[0007]具體技術方案如下:
[0008]一種硼摻雜石墨烯的製備方法，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，然後加入硼源溶液，攪拌處理，使兩者混合均勻，得到氧化石墨烯與硼源的混合溶液；
[0010]將所述混合溶液放入反應器中，密封后，於240°C -400°c和5_25MPa下進行熱處理
0.5-5h，卸掉反應器的壓力，到硼摻雜石墨烯。
[0011]所述硼摻雜石墨烯的製備方法，優選，所述溶劑為水、乙醇或N，N-二甲基甲醯胺(DMF) ο[0012]所述硼摻雜石墨烯的製備方法，優選，所述超聲分散處理的時間為30min_2h。
[0013]所述硼摻雜石墨烯的製備方法，優選，所述硼源溶液為質量百分數為30%_60%的硼酸溶液或三氧化二硼溶液，所述硼酸溶液和三氧化二硼溶液中，溶劑為水、乙醇、N，N-二甲基吡咯烷酮；所述氧化石墨與硼源溶液中的硼源的質量比為
[0014]所述硼摻雜石墨烯的製備方法，優選，所述反應器為高溫高壓反應釜。
[0015]所述硼摻雜石墨烯的製備方法，優選，所述熱處理後，還對製得的硼摻雜石墨烯進行純化乾燥處理:將熱壓處理後得到的產物用乙醇反覆衝洗、過濾，隨後於60°C下真空乾燥，得到純化的硼摻雜石墨烯。
[0016]本發明提供的硼摻雜石墨烯製備方法，通過在液相將氧化石墨烯與硼源混合，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範德華力，防止石墨烯的團聚，從而得到石墨烯與硼源混合均勻的硼摻雜石墨烯；同時，這種方法製得的硼摻雜石墨烯具有較好的電導率。【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為實施例1製得的硼摻雜石墨烯的SEM圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖，對本發明的較佳實施例作進一步詳細說明。
[0019]實施例1
[0020]本發明一種硼摻雜石墨烯製備方法如下:
[0021](I)氧化石墨烯與三氧化二硼的混合溶液: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,然後加入質量百分數為30%三氧化二硼水溶液(三氧化二硼加入到水溶液中，超聲10分鐘後獲得的)，攪拌10分鐘，使兩者混合均勻，得到氧化石墨烯與三氧化二硼的混合溶液；氧化石墨與硼源溶液中的三氧化二硼的質量比為 1:1。
[0022](2)硼摻雜的石墨烯:將所得到的(I)中混合溶液放入高溫高壓反應釜中，將其密封好，然後加熱到180°C，反應30min，然後將其加熱到400°C，壓力在25MPa下，保持60min，緩慢卸掉反應釜內的壓力，得到硼摻雜石墨烯初產品，然後將初產品加入到質量分數為10%的鹽酸中，以除去殘餘的三氧化二硼，然後用乙醇反覆衝洗，過濾，60°C真空乾燥，得到硼摻雜石墨烯。
[0023]圖1為實施例1製得的硼摻雜石墨烯的SEM圖。由圖1可知，硼摻雜石墨烯有一定的褶皺，並無出現團聚。
[0024]實施例2
[0025]本發明一種硼摻雜石墨烯製備方法如下:
[0026](I)氧化石墨烯與硼酸的混合溶液:將氧化石墨加入到乙醇溶液中超聲分散lh，形成0.8mg/ml均勻分散的氧化石墨烯溶液，然後加入質量百分數為40%硼酸水溶液(硼酸加入到乙醇溶液中，超聲20分鐘獲得)，攪拌8分鐘，使兩者混合均勻，得到氧化石墨烯與硼酸的混合溶液；其中，氧化石墨與硼源溶液中的硼酸的質量比為2:1。
[0027](2)硼摻雜的石墨烯:將所得到的(I)中混合溶液放入高溫高壓反應釜中，將其密封好，然後將其加熱到245°C，壓力在7MPa下，保持30min，卸掉反應釜內的壓力，得到硼摻雜石墨烯初產品，將此用乙醇反覆衝洗，過濾，60°C真空乾燥，得到硼摻雜石墨烯。
[0028]實施例3
[0029]本發明一種硼摻雜石墨烯製備方法如下:
[0030]( I)氧化石墨烯與硼酸的混合溶液:將氧化石墨加入到NMP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，然後加入質量百分數為60%硼酸溶液(硼酸加入到NMP (N, N- 二甲基吡咯烷酮)溶劑中，超聲30分鐘獲得)，攪拌5分鐘，使兩者混合均勻，得到氧化石墨烯與硼酸的混合溶液；其中，氧化石墨與硼源溶液中的硼酸的質量比為3:1。
[0031](2)硼摻雜的石墨烯:將所得到的(I)中混合溶液放入高溫高壓反應釜中，將其密封好，然後將其加熱到400°C，壓力在5MPa下，保持lOmin，卸掉反應釜內的壓力，得到硼摻雜石墨烯初產品，將此用乙醇反覆衝洗，過濾，60°C真空乾燥，得到硼摻雜石墨烯。
[0032]硼摻雜石墨烯的電導率測試
[0033]通過四探針法測定硼摻雜的石墨烯的電導率，測試結果如表1所示。從電導率數據來說，所製備的硼摻雜石墨烯的電導率較高。
[0034]表1
[0035]
【權利要求】
1.一種硼摻雜石墨烯的製備方法，其特徵在於，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，然後加入硼源溶液，攪拌處理，使兩者混合均勻，得到氧化石墨烯與硼源的混合溶液； 將所述混合溶液放入反應器中，密封后，於240°C -400.C和5-25MPa下進行熱壓處理0.5-5h，卸掉反應器的壓力，得到硼摻雜石墨烯。
2.根據權利要求1所述的硼摻雜石墨烯的製備方法，其特徵在於，所述溶劑為水、乙醇或N，N-二甲基甲醯胺。
3.根據權利要求1所述的硼摻雜石墨烯的製備方法，其特徵在於，所述超聲分散處理的時間為30min-2h。
4.根據權利要求1所述的硼摻雜石墨烯的製備方法，其特徵在於，所述硼源溶液為質量百分數為30%-60%的硼酸溶液或三氧化二硼溶液；所述氧化石墨與所述硼源溶液中的硼源的質量比為1:1-3:1。
5.根據權利要求1所述的硼摻雜石墨烯的製備方法，其特徵在於，所述硼酸溶液和三氧化二硼溶液中，溶劑為水、乙醇、N，N-二甲基吡咯烷酮。
6.根據權利要求1所述的硼摻雜石墨烯的製備方法，其特徵在於，所述反應器為高溫高壓反應爸。
7.根據權利要求1所述的硼摻雜石墨烯的製備方法，其特徵在於，所述熱壓處理後，還對製得的硼摻雜石墨烯進行純化乾燥處理:將熱壓處理後得到的產物用乙醇反覆衝洗、過濾，隨後於60°C下真空乾燥，得到純化的硼摻雜石墨烯。
【文檔編號】C01B31/04GK103896258SQ201210574037
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月26日 優先權日:2012年12月26日
【發明者】周明傑, 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有限公司, 深圳市海洋王照明工程有限公司