一种石墨烯量子点诱导高氮掺杂光还原氧化石墨烯制备方法.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CN107043104A(43)申请公布日2017.08.15(21)申请号201710329827.0(22)申请日2017.05.11(71)申请人桂林理工大学地址541004广西壮族自治区桂林市七星区建干路12号(72)发明人李新宇许永杰冯玉昆唐涛李明(74)专利代理机构北京东方盛凡知识产权代理事务所(普通合伙)11562代理人宋平(51)Int.Cl.C01B32/184(2017.01)H01G11/36(2013.01)H01G11/86(2013.01)权利要求书2页说明书8页附图4页(54)发明名称一种石墨烯量子点诱导高氮掺杂光还原氧化石墨烯制备方法(57)摘要本发明公开一种石墨烯量子点诱导高氮掺杂光还原氧化石墨烯制备方法。以化学氧化制备的氧化石墨烯以及以水热法制备的石墨烯量子点为原料，包括将氧化石墨烯和量子点混合刮涂在泡沫镍上，光照实现高氮掺杂石墨烯的方法，所述方法将刮涂了氧化石墨烯和石墨烯量子点混合物的泡沫镍在氨气流量为10～30torr氛围下，通过使用100到120mJ/cm2能量的激光或汞灯可选择的区域位置进行光照，光照时间在1-30分钟，得到高氮掺杂光还原氧化石墨烯。本发明操作方便、成本低、能大批量制备，本发明通过光照时间、强度和混合石墨烯量子点的浓度，以达到调控氮掺杂含量以及石墨烯的导电率和带隙的效果。CN107043104ACN107043104A权利要求书1/2页1.一种石墨烯量子点诱导高氮掺杂光还原氧化石墨烯制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)将鳞片石墨、硝酸钠和浓硫酸冰浴混匀，然后缓慢加入高锰酸钾，磁力搅拌混匀后在30-40℃中加热1-3小时，接着加入鳞片石墨质量3-6倍的去离子水搅拌10-20分钟，再加入鳞片石墨质量6-15倍的去离子水和双氧水搅拌5-20分钟，得到绿色悬浮液，将悬浮液加入0.00001-0.001mol/L的稀硝酸溶液进行清洗，悬浊液与稀硝酸溶液的体积比为1:2-5，然后10000-20000rpm的离心速度离心获得沉淀,重复清洗和离心2-3次。2)将步骤1高速离心得到的沉淀，加入去离子水再洗涤和离心分离8-12遍，洗涤掉其他杂质，得到氧化石墨烯溶液，得到的氧化石墨烯溶液利用冷凝干燥机干燥烘干，得到氧化石墨烯粉末。3)将芘和硝酸混合，在70-90℃中搅拌回流10-14小时后，用微孔膜过滤，得到黄色絮状物，将絮状物与氢氧化钠、去离子水混合，超声处理0.5-2小时后，放入内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，在真空加热炉中，加热至160-200℃，反应10-18小时，反应结束后将溶液用微孔膜过滤，将过滤得到的溶液放入3500Da的透析袋中透析两天，得到石墨烯量子点溶液，将石墨烯量子点溶液放入80-90℃真空烘干箱内烘干，得到石墨烯量子点粉末。4)得到的氧化石墨烯粉末与去离子水混合，配置溶液浓度为10-20mg/mL，超声1-3小时，得到分散溶液,在分散液中加入步骤3得到的石墨烯量子点粉末，氧化石墨烯与石墨烯量子点质量比为5-7:1，继续超声0.5-2小时,然后将超声后的溶液以刮涂的方式涂覆到泡沫镍上，重复刮涂5-20次，将刮涂后的泡沫镍放入石英舟内，再将石英舟放入光照还原装置中，在氨气氛围下进行还原，氨气流量为10～30torr，同时使用100到120mJ/cm2能量的激光或汞灯对产品实现全覆盖，进行1-30分钟的光照，去除产品的含氧基团并实现高氮掺杂，即制得氮掺杂石墨烯。2.如权利要求1所述的一种石墨烯量子点诱导高氮掺杂光还原氧化石墨烯制备方法，其特征在于：氧化石墨烯和量子点混合后，二者由范德瓦尔斯力结合，由于氧化石墨烯本身就存在很多缺陷，量子点的结合修复氧化石墨烯的部分缺陷，使得石墨烯在高掺氮的同时保持其较好的完整性。3.如权利要求1所述的一种石墨烯量子点诱导高氮掺杂光还原氧化石墨烯制备方法，其特征在于：所述光照还原装置是一个封闭、能通气体的透明石英管，透明石英管的上方放上光源，光源的频谱范围在200nm至760nm之间，光源与透明石英管之间距离为1-30cm并连续可调,光源为单色光或白光。4.如权利要求1所述的一种石墨烯量子点诱导高氮掺杂光还原氧化石墨烯制备方法，其特征在于：所述步骤1中鳞片石墨、硝酸钠和浓硫酸的质量比为6-10:6-10:630-720，浓硫酸的质量分数为95-99％，冰浴混合时的温度为0-5℃，鳞片石墨：高锰酸钾：双氧水的质量比为6-10：45-55：40-50，双氧水的质量分数为25-35％。5.如权利要求1所述的一种石墨烯量子点诱导高氮掺杂光还原氧化石墨烯制备方法，其特征在于：所述步骤2中沉淀与去离子水的质量比为1:5-10，每次搅拌浆化洗涤，洗涤温度为60-80℃，洗涤时间