氮掺杂石墨烯材料的制备方法.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(10)申请公布号CNCN103691471103691471A(43)申请公布日2014.04.02(21)申请号201310719767.5(22)申请日2013.12.19(71)申请人南开大学地址300071天津市南开区卫津路94号南开大学化学学院(72)发明人关乃佳张义成李兰冬武光军(51)Int.Cl.B01J27/24(2006.01)C01B31/04(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书4页说明书4页附图2页附图2页(54)发明名称氮掺杂石墨烯材料的制备方法(57)摘要本发明涉及一种氮掺杂石墨烯材料的制备方法。在经过超声分散的氧化石墨的水溶液中加入小分子脂肪胺水溶液，水热反应36～72h，分离出沉淀产物，经洗涤，干燥，即得氮掺杂石墨烯材料。本法制备出的含氮碳材料的氮量高，并且含有仲胺、吡啶氮等不同的氮物种，从而使得制备出的材料表面具有不同强度的碱性中心，其中仲胺为超强碱。另外，改变小分子胺的种类可以调控氮物种的比例及含量，从而起到调控催化剂碱性强弱碱量量多少的作用。本方法实际操作简单可行，并且制备材料不含任何金属元素，因此，是一种绿色环保的催化剂。在迈克尔加成反应及酯交换反应中表现出良好的催化活性，并且该催化剂有利于产物的分离和提纯，因此具有潜在的工业应用价值。CN103691471ACN1036947ACN103691471A权利要求书1/1页1.一种氮掺杂石墨烯材料的制备方法，其特征在于包括的步骤：1)在经过超声分散的氧化石墨的水溶液中加入小分子脂肪胺水溶液，水热反应36～72h，其中，氧化石墨烯水溶液的浓度为1-5g/L，小分子脂肪胺的水溶液的摩尔浓度为1～3mol/L；2)分离出沉淀产物，经洗涤，干燥，即得氮掺杂石墨烯材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的小分子脂肪胺是甲胺、二甲胺、乙胺、二乙胺、丙胺或丁胺中的至少一种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的小分子脂肪胺是甲胺、乙胺、正丙胺或丁胺。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的小分子脂肪胺与氧化石墨的质量比：30-50∶1.5-2.5。5.一种氮掺杂石墨烯材料的制备方法，其特征在于包括的步骤：(1)在浓硫酸和磷酸的混合液中加入鳞片石墨粉和高锰酸钾，在30-50℃下搅拌6-24h，缓慢加入水和双氧水反应20-30min，得到氧化石墨浊液；(2)静置，氧化石墨分别用水和乙醇倾析4-6次，干燥，得到纯化的氧化石墨；(3)再将氧化石墨加入到去水中并缓慢搅拌20-30min，然后超声分散，得到氧化石墨的水溶液；(4)水热法制备氮掺杂石墨烯：将1～3mol/L小分子脂肪胺的水溶液与1-5g/L的氧化石墨烯的水溶液中混合，超声分散，然后60～120℃下水热反应36～72h；(5)分离，用水洗涤，干燥，即得所述的氮掺杂石墨烯材料。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)所述的浓硫酸和磷酸的体积比7-8∶1。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)所述的浓硫酸、鳞片石墨粉和高锰酸钾的质量比为：400-450∶30-40∶80-100。8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)石墨粉、水和双氧水的质量比为：2-6∶200～400∶3-5。9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(5)所述的干燥是80～120℃真空干燥12-24h。10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的超声分散的功率为50-53KHz，时间为50-70min。2CN103691471A说明书1/4页氮掺杂石墨烯材料的制备方法技术领域[0001]本发明涉及一种含氮碳材料的制备，特别是一种氮掺杂石墨烯材料的制备方法。背景技术[0002]非金属催化剂是一种新兴绿色催化剂，在许多工业催化领域具有更加高效、环保和经济的优点。碳材料是近年来发展起来的一类重要非金属催化剂，它不添加或负载任何金属元素而是直接以碳材料本身为催化剂。碳材料催化剂在烷基化反应、羰基化反应、重排反应、环加成反应等反应中表现出了优于传统金属催化剂的性能，潜力巨大，因此逐渐成为非金属催化领域的前沿方向。[0003]石墨烯是近几年发展起来的一类重要的碳材料，它是一种厚度仅有0.35nm的二维纳米材料且带隙宽度为零，因此也是一种半导体材料或是具有一定金属性质的非金属材料。由于其具有独特的电子传输性质、优秀的机械性能和高比表面积，石墨烯具有巨大的应用价值。对石墨烯进行氮掺杂处理可以调变其电子结构、改善其物理化学性能，即掺氮可以有效地调整石墨烯性能，使其在更多领域存在潜在的应用。因此对石墨烯进行氮掺杂是当前碳材料研究的热点。[0004]迄今为止，前人已经探索出多