[发明专利]一种掺氮石墨烯的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于碳材料的技术领域，具体涉及一种掺氮石墨烯的制备方法。

背景技术

石墨烯是2004年英国曼彻斯特大学的安德烈·K·海姆(Andre K.Geim)等发现的一种二维碳原子晶体，为单层或多层的极薄的碳材料。由于其独特的结构和光电性质使其成为碳材料、纳米技术、凝聚态物理和功能材料等领域的研究热点，吸引了诸多科技工作者。单层石墨烯具有大的比表面积，优良的导电、导热性能和低的热膨胀系数，可用于效应晶体管、电极材料、复合材料、液晶显示材料、传感器等。目前制备石墨烯的方法主要有石墨剥裂、化学氧化还原法、超声剥离法等。然而，目前通过氧化还原的方法大规模制备石墨烯的过程中，还原过后的石墨烯还含有较少量的-OH、-C-O-C-和-COOH等含氧官能团，这些官能团会降低石墨烯的电化稳定性与电化学稳定性。

目前，出现了采用化学气相沉积法制备石墨烯的相关研究，但是，现有化学气相沉积法需要利用催化剂，且该催化剂为金属或金属化合物做催化剂，但是将该催化剂放在衬底上时，会导致催化剂分布不均匀。为了解决该催化剂分布不均的问题，现有的一般利用化学气相沉积法、物理气相沉积法、真空热蒸镀法、磁控溅射法、等离子体增强化学气相沉积法和印刷法将催化剂沉积到衬底，来增加上述催化剂分布的均匀性。因此，现有的采用化学气相沉积法制备石墨烯需要另外添加催化剂，且对设备要求高，操作复杂，导致成本过高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种工艺简单、产率高、生产成本低，易于操作和控制的掺氮石墨烯的制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明实施例的技术方案如下：

一种掺氮石墨烯的制备方法，包括如下步骤：

提供衬底、固态和/或液态的有机碳源化合物以及固态和/或液态的有机氮源化合物；

将所述有机碳源化合物和有机氮源化合物混合，并配制成混合物溶液或悬浊液；

将所述混合物溶液或悬浊液涂覆在所述衬底表面；

在无氧环境、真空条件下，将所述涂覆有混合物溶液或悬浊液的衬底升温至500～1300℃使混合物反应，生成所述掺氮石墨烯。

上述掺氮石墨烯的制备方法将固态和/或液态的有机碳源化合物、固态和/或液态的有机氮源化合物混合，配制成溶液或悬浊液，并直接涂覆在衬底的表面，使有机碳源化合物和有机氮源化合物直接反应，不需要另外添加催化剂，有效简化了掺氮石墨烯的生产工艺，降低了生产成本，同时，采用化学气相沉积法合成的掺氮石墨烯，使得掺氮石墨烯中掺氮量易控制、掺杂均匀，电化学稳定性能高。

附图说明

图1是本发明实施例掺氮石墨烯的制备方法工艺流程示意图；

图2是本发明实施例1制备的掺氮石墨烯的电镜图；

图3是本发明实施例1制备的掺氮石墨烯的X射线电子能谱。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种工艺简单、产率高、生产成本，易于操作和控制的掺氮石墨烯的制备方法。该掺氮石墨烯的制备方法的工艺流程如图1所示，包括如下步骤：

S1：提供衬底、固态和/或液态的有机碳源化合物以及固态和/或液态的有机氮源化合物；

S2：将有机碳源化合物和有机氮源化合物混合，并配制成混合物溶液或悬浊液；

S3：将混合物溶液或悬浊液涂覆在衬底表面；

S4：在无氧环境、真空条件下，将涂覆有混合物溶液或悬浊液的衬底升温至500～1300℃使混合物反应，生成所述掺氮石墨烯。

具体地，上述掺氮石墨烯的制备方法步骤S1中，衬底应该耐高温，如步骤S4中500～1300℃的高温，其优选为铜箔、铁箔、镍箔中一种或几种任意组合。该优选材质的衬底耐高温，热稳定性能好。