[发明专利]类石墨超分子及其制备方法、掺杂石墨烯及其制备方法

说明书

本发明提供了一种类石墨超分子及其制备方法、掺杂石墨烯及其制备方法，类石墨超分子的制备方法，包括以下步骤：将金属盐、有机配体溶于溶剂中，加热反应后，即得类石墨超分子；其中，所述金属盐包括过渡金属硝酸盐、卤化盐、醋酸盐、硫酸盐以及磷酸盐中的一种或几种；所述有机配体包括卟啉、吡啶、联吡啶、邻菲罗啉中的一种或几种；所述溶剂包括水、甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇、丙酮、四氢呋喃、二甲基亚砜、二甲基乙酰胺以及二甲基甲酰胺中的一种或几种。本发明利用类石墨超分子在在高温下会发生原位热解剥离形成石墨烯，得到的石墨烯杂原子含量和位置可调。

技术领域

本发明涉及石墨烯材料制备技术领域，尤其涉及一种类石墨超分子及其制 备方法、掺杂石墨烯及其制备方法。

背景技术

石墨烯是一种碳原子以sp²杂化方式形成具有单原子层厚度的二维蜂窝状 结构，并具有巨大的表面积、电导率和化学稳定性等独特性能，在催化、电子 及通讯领域都具有较强的应用前景。

石墨烯制备一般是通过物理剥离或化学剥离方法实现，其中物理剥离方法 难以放大，而化学剥离方法存在严重的环保问题。

为了实现不同的功能，需要引入金属或非金属杂原子。为了制备杂原子掺 杂石墨烯，传统方法至少需要两个步骤：在杂原子掺杂之前必须先通过物理剥 离或化学剥离方法制备石墨烯或氧化石墨烯，同时，石墨烯中杂原子的掺杂位 置和含量不可控的。

类石墨材料是对具有二维单层或少层结构的材料的统称，而目前并没有公 开利用类石墨材料制备掺杂石墨烯以控制石墨烯中杂原子的状态。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种类石墨超分子及其制备方法、掺杂石墨烯及 其制备方法，以控制石墨烯中杂原子的状态。

第一方面，本发明提供了一种类石墨超分子的制备方法，包括以下步骤：

将金属盐、有机配体溶于溶剂中，加热反应后，即得类石墨超分子；

其中，所述金属盐包括过渡金属硝酸盐、卤化盐、醋酸盐、硫酸盐以及磷酸 盐中的一种或几种；

所述有机配体包括卟啉、吡啶、联吡啶、邻菲罗啉、杯芳烃中的一种或几种；

所述溶剂包括水、甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇、丙酮、四氢呋喃、二甲基亚 砜、二甲基乙酰胺以及二甲基甲酰胺中的一种或几种。

可选的，所述的类石墨超分子的制备方法，所述过渡金属包括Co、Ni、Fe、 Mn、Cu、Zn、V、Pt、Pd、Ru、Rh中的一种。

可选的，所述的类石墨超分子的制备方法，将金属盐、有机配体溶于溶剂 中，于温度为40～100℃加热反应后，即得类石墨超分子。

第二方面，本发明还提供了一种类石墨超分子，采用所述的制备方法制备 得到。

第三方面，本发明还提供了一种掺杂石墨烯的制备方法，包括以下步骤：

将所述的类石墨超分子于惰性气氛下升温至600～1200℃，然后保温1～5h即 得石墨烯。

可选的，所述的掺杂石墨烯的制备方法，将所述的类石墨超分子于惰性气 氛下以3～30℃/min升温至600～1200℃。

第四方面，本发明还提供了一种掺杂石墨烯，采用所述的制备方法制备得 到。

可选的，所述的掺杂石墨烯，所述掺杂石墨烯为单层或少于5层。

本发明的一种类石墨超分子的制备方法相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)本发明的类石墨超分子的制备方法，通过液相液相合成了类石墨超分子， 类石墨超分子的设计是通过引入大尺寸的间隔物分子来模拟石墨的层状结构， 将碳原子聚集在一个薄层中类石墨类石墨；