[发明专利]一种氮掺杂石墨烯及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种氮掺杂石墨烯的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

（1）将石墨烯进行活化处理，得到活化石墨烯；

（2）将步骤（1）得到的活化石墨烯、卤化剂和催化剂进行卤化反应，得到卤化石墨烯；

（3）将步骤（2）得到的卤化石墨烯与氮置换剂进行反应，得到所述氮掺杂石墨烯；

所述卤化反应在溶剂存在下进行；

所述溶剂选自去离子水、乙醇或N-甲基吡咯烷酮中的任意一种或至少两种的组合；

所述卤化反应的温度为50~100℃；

所述催化剂与步骤（1）所述石墨烯的质量比为(0.02~0.2):1；

所述氮置换剂与步骤（1）所述石墨烯的质量比为(0.1~2):1。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述活化处理在溶剂存在下进行。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂选自去离子水、乙醇或N-甲基吡咯烷酮中的任意一种或至少两种的组合。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述活化处理的pH为2~5。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述活化处理的活化剂包括氯化氢、硫酸、硝酸、磷酸、苯六甲酸、氮硫方酸或三氯乙酸中的任意一种或至少两种的组合。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述活化处理的温度为50~100℃。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述活化处理的时间为0.16~24 h。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述卤化剂选自卤素单质和/或可溶性卤盐。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述卤素单质选自Cl₂、Br₂或I₂中的任意一种或至少两种的组合。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述可溶性卤盐选自NaCl、NaBr、NaI、KCl、KBr或KI中的任意一种或至少两种的组合。

11.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述卤化剂与步骤（1）所述石墨烯的质量比为(0.1~1):1。

12.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述催化剂选自铁和/或可溶性铁盐。

13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述催化剂选自铁、氯化铁、硝酸铁或硫酸铁中的任意一种或至少两种的组合。

14.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述卤化反应的时间为0.5~4 h。

15.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氮置换剂选自一水合氨、三聚氰胺、氰化钾、氰化钠、季铵碱、三乙胺、二异丙基乙基氨、三乙醇胺、单乙醇胺、四甲基氢氧化铵或三甲胺中的任意一种或至少两种的组合。

16.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述反应在溶剂存在下进行。

17.根据权利要求16所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂选自去离子水、乙醇或N-甲基吡咯烷酮中的任意一种或至少两种的组合。

18.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述反应的温度为50~100℃。