氮掺杂石墨烯的宏量制备方法.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CN108862244A(43)申请公布日2018.11.23(21)申请号201710331301.6(22)申请日2017.05.11(71)申请人天津理工大学地址300384天津市西青区宾水西道391号(72)发明人毛智勇陈静静王达健唐义骅别利剑(74)专利代理机构天津创智天诚知识产权代理事务所(普通合伙)12214代理人陈昌娟(51)Int.Cl.C01B32/184(2017.01)权利要求书2页说明书5页附图6页(54)发明名称氮掺杂石墨烯的宏量制备方法(57)摘要本发明公开了一种氮掺杂石墨烯的宏量制备方法，包括以下步骤：将第一前驱物与金属镁粉均匀混合，在惰性气体或氮气条件下，于700-850℃下加热10～360min，自然冷却至室温20～25℃，得到棕黑色粉末，第一前驱物为类石墨相氮化碳纳米片、尿素、三聚氰胺或二聚氰胺；用稀释的酸洗涤得到的棕黑色粉末2-3次，再用去离子水洗涤2-3次，洗涤后于50～80℃干燥后得到氮掺杂石墨烯，本发明的原料来源广泛、成本低，步骤简单，设备要求低，产量大、适合产业化生产；同时，制备材料的氮掺杂量科由工艺参数控制在一定范围内可调，可使该材料在吸附、催化、超级电容器等多种领域具有广泛的应用前景。CN108862244ACN108862244A权利要求书1/2页1.一种氮掺杂石墨烯的宏量制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将第一前驱物与金属镁粉均匀混合，在氩气条件下，于700-850℃下加热10～360min，再自然冷却至室温20～25℃，得到棕黑色粉末，所述第一前驱物为类石墨相氮化碳纳米片、尿素、三聚氰胺、氰胺或二聚氰胺；其中，当所述第一前驱物为类石墨相氮化碳纳米片时，按质量份数计，所述类石墨相氮化碳纳米片与金属镁粉的比为1：(0.1～1)；当所述第一前驱物为尿素、三聚氰胺、氰胺或二聚氰胺时，按质量份数计，所述第一前驱物与金属镁粉的比为1：(0.05～0.2)；2)用稀释的酸洗涤步骤1)得到的棕黑色粉末2-3次，然后再用去离子水洗涤2-3次，洗涤后于50～80℃干燥，得到氮掺杂石墨烯。2.根据权利要求1所述的宏量制备方法，其特征在于，在所述步骤1)中，所述类石墨相氮化碳纳米片通过热缩聚法制备得到，所述热缩聚法为：将第二前驱物升温至500～650℃，在该温度下煅烧2-8小时，煅烧后降至室温，得到类石墨相氮化碳纳米片；其中，升温速率为2-10℃/分钟，降温速率为2-10℃/分钟，所述第二前驱物为尿素、氰胺、二聚氰胺和三聚氰胺的一种或一种以上任意比例的混合物。3.根据权利要求1或2所述的宏量制备方法，其特征在于，在所述步骤2)中，所述稀释的酸为稀盐酸、水稀释的冰乙酸或稀硝酸，其中，所述水稀释的冰乙酸的浓度小于1mol/L，所述稀释的酸优选为水稀释的冰乙酸；在所述步骤2)中，干燥时间大于30分钟。4.如权利要求1～3中任意一项所述宏量制备方法制得的氮掺杂石墨烯。5.根据权利要求4所述的氮掺杂石墨烯，其特征在于，所述氮掺杂石墨烯中氮的含量为0.5～15.0wt％，层数为单层石墨烯材料的1-5层厚。6.根据权利要求5所述的氮掺杂石墨烯，其特征在于，所述氮掺杂石墨烯的表面形成有褶皱。7.根据权利要求6所述的氮掺杂石墨烯，其特征在于，所述氮掺杂石墨烯表面形成有多孔。8.一种氮、硫共掺杂石墨烯的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：a)将碳氮硫前驱物与金属镁粉均匀混合，在氩气条件下，于700-850℃下加热10～360min，自然冷却至室温20～25℃，得到粉末，碳氮硫前驱物为硫掺杂的类石墨相氮化碳纳米片或硫碳氮混合物，其中，按质量份数计，所述碳氮硫前驱物与所述金属镁粉的比为1：(0.1～0.8)；b)用稀释的酸洗涤步骤a)得到的粉末2-3次，然后再用去离子水洗涤2-3次，洗涤后于50～80℃干燥后得到氮、硫共掺杂石墨烯。9.根据权利要求8所述的合成方法，其特征在于，所述硫碳氮混合物为硫脲与尿素、三聚氰胺或二聚氰胺的混合物，所述硫掺杂的类石墨相氮化碳纳米片通过热缩聚法制备得到，所述热缩聚法为：将第三前驱物升温至500～650℃，在该温度下煅烧2-8小时，煅烧后降至室温，得到硫掺杂的类石墨相氮化碳纳米片；其中，升温速率为2-10℃/分钟，降温速率为2-10℃/分钟，所述第三前驱物为硫脲与尿素、氰胺、二聚氰胺和三聚氰胺的一种或一种以上以任意比例的混合物。10.根据权利要求9所述的合成方法，其特征在于，在所述步骤b)中，所述稀释的酸为稀盐酸、水稀释的冰乙酸或稀硝酸，其中，所述水稀释的冰乙酸的浓度小于1mol/L，所述稀释2CN108862244A权利要求书2/2页的酸优选为水稀释的冰乙酸，干燥时间大于30分钟。3CN108862244