一种氮掺杂石墨烯及其制备方法与应用.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CN113955745A(43)申请公布日2022.01.21(21)申请号202111222746.3H01M4/36(2006.01)(22)申请日2021.10.20H01M4/38(2006.01)H01M4/583(2010.01)(71)申请人昆明云大新能源有限公司H01M4/62(2006.01)地址650000云南省昆明市经开区信息产H01M10/0525(2010.01)业基地春漫大道80号云南海归创业园B82Y30/00(2011.01)8幢B82Y40/00(2011.01)(72)发明人卢文向富维文浪成方(74)专利代理机构昆明正原专利商标代理有限公司53100代理人于洪陈左(51)Int.Cl.C01B32/19(2017.01)C01B32/194(2017.01)H01G11/30(2013.01)H01G11/32(2013.01)权利要求书1页说明书10页附图7页(54)发明名称一种氮掺杂石墨烯及其制备方法与应用(57)摘要本发明涉及一种氮掺杂石墨烯及其制备方法与应用，属于新材料技术领域。该方法首先将原料置于研磨装置中，并加入研磨介质，于0.1‑200Mpa含氮气气氛下，以50RPM‑10000RPM的转速进行研磨，即得；所述的原料为石墨类材料和/或石墨烯；所述的原料与研磨介质的质量比为1：0.1‑1000。本发明针对目前氮掺杂石墨烯材料制备时的过程复杂、条件严苛、原料污染大、氮掺杂量低且难以控制、比表面积难以控制、以及难以规模化生产等缺点，提供了一种制备过程简单、条件简易、无污染、安全性好、设备要求低、能耗低的方案，所得的氮掺杂石墨烯氮掺杂量高且可控、纯度高、比表面积可调节、易于实现大规模产业化生产。CN113955745ACN113955745A权利要求书1/1页1.一种氮掺杂石墨烯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将原料置于研磨装置中，并加入研磨介质，于0.1‑200Mpa含氮气气氛下，以50RPM‑10000RPM的转速进行研磨，即得到氮掺杂石墨烯；所述的原料为石墨类材料和/或石墨烯；所述的原料与研磨介质的质量比为1：0.1‑1000。2.根据权利要求1所述的氮掺杂石墨烯的制备方法，其特征在于，所述的研磨装置为球磨机、砂磨机或棒磨机，对应的研磨介质为磨球、砂盘、磨棒；所述的研磨时间为1min‑3000h。3.根据权利要求2所述的氮掺杂石墨烯的制备方法，其特征在于，所述的研磨装置与原料相接触的内壁材质为玛瑙、不锈钢、氧化锆或碳化钨；研磨介质的材质为玛瑙、不锈钢、氧化锆或碳化钨。4.根据权利要求1所述的氮掺杂石墨烯的制备方法，其特征在于，所述的0.1‑200Mpa含氮气气氛环境的具体设置方法为：对研磨装置先抽真空，然后充入含氮气气体，之后再抽真空，然后充入含氮气气体，如此重复多次，最后充入0.1‑200Mpa的含氮气气体；其中，含氮气气氛中，氮气的体积浓度为1‑99.999%。5.根据权利要求1所述的氮掺杂石墨烯的制备方法，其特征在于，石墨类材料包括天然石墨和人造石墨；所述的石墨类材料、石墨烯的粒径范围为0.1‑100μm，纯度≥80wt%。6.权利要求1~5任意一项所述的氮掺杂石墨烯的制备方法制得的氮掺杂石墨烯。7.权利要求1~5任意一项所述的氮掺杂石墨烯的制备方法制得的氮掺杂石墨烯在制备锂离子电池、超级电容器、催化剂中的应用。8.一种锂离子电池，其特征在于，所述的锂离子电池的负极包括权利要求6所述的氮掺杂石墨烯。9.一种超级电容器，其特征在于，所述的超级电容器的正极和/或负极包括权利要求6所述的氮掺杂石墨烯。10.一种催化剂，其特征在于，所述的催化剂中含有权利要求6所述的氮掺杂石墨烯；所述的催化剂为氧还原催化剂、氢氧化催化剂、水分解催化剂、光催化剂、生物杀菌催化剂。2CN113955745A说明书1/10页一种氮掺杂石墨烯及其制备方法与应用[0001]技术领域[0002]本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种氮掺杂石墨烯及其制备方法与应用。背景技术[0003]石墨烯作为一种二维碳材料，具有极大的比表面积、优异的电化学和光学性能，以及高的机械性能（约1.0TPa的杨氏模量以及130GPa的抗断强度）。自2004年被从石墨中剥离出来后，石墨烯已被科研工作者以及产业界不断地探究其在各个领域的应用。目前的应用领域已涉及催化剂、电池、超级电容器、传感器、晶体管、柔性显示器、海水淡化、储氢材料、航空航天、感光元件、生物杀菌等。而对石墨烯进行杂原子掺杂可以对其原子排布、电子排列和缺陷进行调控，改善性能，从而加强其在各个应用领域的性能发挥。其中，对石墨烯进行氮掺杂，可以有效地改变石墨烯的导电类型，提高石墨烯的自由载流子密度，