一种多原子掺杂石墨烯材料及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106219530A(43)申请公布日2016.12.14(21)申请号201610609282.4(22)申请日2016.07.28(71)申请人中南大学地址410083湖南省长沙市岳麓区麓山南路932号(72)发明人谢志勇伍小波黄启忠高平平孙敏杨飘飘邓晓婷(74)专利代理机构长沙市融智专利事务所43114代理人颜勇(51)Int.Cl.C01B31/04(2006.01)权利要求书1页说明书4页(54)发明名称一种多原子掺杂石墨烯材料及其制备方法(57)摘要本发明涉及多原子掺杂石墨烯材料及其制备方法；属于碳材料开发技术领域。本发明所设计的石墨烯材料的孔隙率为10-30％、总掺杂率为12-35at％。其制备方法为：将石墨烯置于浸渍液中浸泡后，取出清洗干净后，置于烧结炉内，在通氨气的条件下，于700℃-900℃进行反应，得到高孔隙率、高掺杂率的多原子掺杂石墨烯材料；所述浸渍液含HF和H2O2，且HF和H2O2的摩尔比为1:1-3:1；浸渍前所述浸渍液中H2O2的浓度为1-6mol/L。本发明制备工艺简单，所制备的材料性能优良，便于大规模工业化应用。CN106219530ACN106219530A权利要求书1/1页1.一种多原子掺杂石墨烯材料；其特征在于：所述多原子掺杂石墨烯材料的孔隙率为10-30％、总掺杂率为12-35at％。2.根据权利要求1所述的一种多原子掺杂石墨烯材料；其特征在于：所述石墨烯材料含有掺杂元素包括硫、硼、磷、氮中的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种多原子掺杂石墨烯材料；其特征在于：当所述石墨烯材料含有掺杂元素氮时，氮的掺杂率为12-21at％；当所述石墨烯材料含有掺杂元素磷时，磷的掺杂率为2-8.5at％；当所述石墨烯材料含有掺杂元素硫时，硫的掺杂率为2-8.5at％；当所述石墨烯材料含有掺杂元素硼时，硼的掺杂率为2-8.5at％。4.根据权利要求3所述的一种多原子掺杂石墨烯材料；其特征在于：所述石墨烯材料含有掺杂元素除氮外，还包括硫、硼、磷中的至少两种时，总掺杂率大于等于16at％。5.一种制备如权利要求1-4任意一项所述的多原子掺杂石墨烯材料的方法；其特征在于包括下述步骤：将石墨烯置于浸渍液中浸泡后，取出清洗干净后，置于烧结炉内，在通氨气的条件下，于700℃-900℃进行反应，得到高孔隙率、高掺杂率的多原子掺杂石墨烯材料；所述浸渍液含HF和H2O2，且HF和H2O2的摩尔比为1:1-3:1；浸渍前所述浸渍液中H2O2的浓度为1-6mol/L。6.根据权利要求5所述的一种多原子掺杂石墨烯材料的制备方法；其特征在于：将石墨烯置于浸渍液中浸泡后，取出清洗干净后，置于溶液A中浸泡，取出干燥后置于烧结炉内，在通氨气的条件下，于700℃-900℃进行反应，得到高孔隙率、高掺杂率的多原子掺杂石墨烯材料；所述溶液A中含有硫源、硼源、磷源中的至少一种；所述硫源为硫脲，所述硼源为硼酸，所述磷源为磷酸。7.根据权利要求6所述的一种多原子掺杂石墨烯材料的制备方法；其特征在于：当溶液A中含有硫源时，所述浸渍液中硫源的浓度为0.01M-0.05M；当溶液A中含有硼源时，所述浸渍液中硼源的浓度为0.01M-0.05M；当溶液A中含有磷源时，所述浸渍液中磷源的浓度为0.01M-0.05M。8.根据权利要求6所述的一种多原子掺杂石墨烯材料的制备方法；其特征在于：在18-80℃将石墨烯置于浸渍液中浸泡1-24小时。9.根据权利要求6所述的一种多原子掺杂石墨烯材料的制备方法；其特征在于：将石墨烯置于浸渍液中浸泡后，取出清洗干净后，置于溶液A中浸泡0.5-24h。10.根据权利要求6所述的一种多原子掺杂石墨烯材料的制备方法；其特征在于：将石墨烯置于浸渍液中浸泡后，取出并置于烧结炉内，在通氨气的条件下，于700℃-900℃进行反应1-3小时，得到高孔隙率、高掺杂率的多原子掺杂石墨烯材料；通氨气时，控制氨气的流速为50-80ml/min。2CN106219530A说明书1/4页一种多原子掺杂石墨烯材料及其制备方法技术领域[0001]本发明涉及多原子掺杂石墨烯材料及其制备方法；属于碳材料开发技术领域。背景技术[0002]随着社会的进步，人们对能源的需求日益增大，制造出清洁高效的储能供能材料成为各国研发的热点。氧还原催化剂在能量转化与储存装置如燃料电池、金属空气电池、氧传感器中起着至关重要的作用。到目前为止，贵金属铂及其合金催化剂仍是最高效的氧还原催化材料，但是，铂的价格高昂，储存量低，使得生产成本偏高，并且抗CO中毒能力弱，阻碍了其大规模商业化应用。因此，开发性能优良，价格适中的非铂催化剂成为研究的热点。[0003]制备电化学性能优异，稳定性高，成本低廉的非金属催化