[发明专利]一种掺杂石墨烯材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种掺杂石墨烯材料的制备方法，其特征在于，包括：

将石墨材料在酸液中进行电化学插层，反应得到石墨插层物；

将石墨插层物在含氟和/或氮掺杂剂中进行电化学反应掺杂，得到掺杂石墨烯材料。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将石墨材料在酸液中进行电化学插层，包括：

选择碳含量大于98％且目数在5-5000目的石墨粉和/或鳞片石墨制成石墨材料；

选择浓硫酸、冰醋酸、浓磷酸中的其中一种或一种以上的混合物制成酸液；

将所述石墨材料与惰性电极电连接后，在酸液中进行电化学插层。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电化学插层控制的电压范围为0-5V，控制的电解液的水含量为≤2％，控制的反应温度为0-100℃，控制的电化学插层时间小于等于1h。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含氟和/或氮掺杂剂为含氮掺杂剂与盐溶液的混合物、含氟掺杂剂与盐溶液的混合物、含氮掺杂剂、含氟掺杂剂和盐溶液的混合物中的任一种。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述含氮掺杂剂选为尿素、三聚氰胺、氨水、三乙醇胺的任一种或一种以上的混合物；

所述含氟掺杂剂为NaBF₄、NH₄BF₄、LiBF₄、NH₄F、NaF、HF、NH₄PF₆的任一种或一种以上的混合物；

所述盐溶液为硫酸铵、硫酸钾、硫酸钠、氯化钠、氯化钾的任一种或一种以上的混合物。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述含氮掺杂剂的浓度为0.01-10mol/L；所述含氟掺杂剂的浓度为0.01-10mol/L；所述盐溶液的浓度为0.1-1mol/L。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电化学反应控制的掺杂电压为5-100V、控制的反应温度为0-100℃，控制的反应时间为小于等于5h。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电化学反应还包括有氧化抑制剂，所述氧化抑制剂包括抗坏血酸、没食子酸、2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧自由基、Na₂SO₃、NaBH₄中的其中一种或者一种以上的混合物，所述氧化抑制剂的浓度为0-20mg/mL。

9.一种应用权利要求1-8任一项所述的方法制备的掺杂石墨烯材料，其特征在于，所述掺杂石墨烯材料为氮掺杂石墨烯、氟掺杂石墨烯、氟氮共掺杂石墨烯的任一种；

所述掺杂石墨烯材料的直径范围为1-300μm，产率>50％，氧含量<5％；

所述氮掺杂石墨烯的氮掺杂量为0-50％；

所述氟掺杂石墨烯的氟掺杂量为0-50％；

所述氟氮共掺杂石墨烯的氮掺杂量为0-50％，氟掺杂量为0-50％。

10.一种掺杂石墨烯材料的应用，其特征在于，所述掺杂石墨烯应用于储能器件、传感器、催化剂。