硼掺杂石墨烯及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种硼掺杂石墨烯及其制备方法，该方法包括如下步骤：取氧化石墨置于反应器中，通入惰性气体使反应器中为惰性氛围，接着通入体积比为1.25~5:5的惰性气体和三氯化硼的混合气体，随后用频率范围为4×1014HZ~7.5×1014HZ的激光照射所述氧化石墨，每间隔10~30s照射一次，并重复多次激光照射，每次照射时间为30~60s，所述氧化石墨与所述三氯化硼在激光作用下发生反应，得到硼掺杂石墨烯。本发明专利技术的硼掺杂石墨烯及其制备方法，利用激光掺杂法制备硼掺杂石墨烯，掺杂量较高，且与其他制备方法相比，设备、工艺简单，便于操作，原料廉价成本低，容易实现大规模工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及化学材料制备领域，尤其涉及一种。
技术介绍
石墨烯自从2004年被发现以来，由于其二维单分子层结构以及优异的物理性质， 如高的理论比表面积、优异的机械强度、良好的柔韧性和高的电导率等，受到来自各个行业 研究者的高度关注，石墨烯将给电子、能源等领域中的材料带来变革。而且石墨烯非常容易 衍生化，其衍生物也受到研究者的广泛关注，目前石墨烯衍生物主要有氮掺杂石墨烯和硼 掺杂石墨烯。其中硼掺杂石墨烯由于硼原子比碳原子外层少一个电子，呈P-型掺杂，在半 导体和储能材料领域具有广阔的应用前景。 目前，制备硼掺杂石墨烯的方法主要有高温热掺杂法、化学气相沉积法和电弧放 电法，其中高温热掺杂法的掺杂量较低，而化学气相沉积法和电弧放电法掺杂量较高，但由 于其对设备和操作的要求高，故较难实现工业化制备。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述现有技术存在的问题和不足，提供一种硼掺杂石墨烯 及其制备方法，利用激光掺杂法制备硼掺杂石墨烯，大大提高了石墨烯的掺硼率。 本专利技术针对上述技术问题而提出的技术方案为：一种硼掺杂石墨烯的制备方法， 包括如下步骤： 取氧化石墨置于反应器中，通入惰性气体使反应器中为惰性氛围，接着通入体 积比为1. 25?5:5的惰性气体和三氯化硼的混合气体，随后用频率范围为4X1014HZ? 7. 5X 1014HZ的激光照射所述氧化石墨，每间隔10?30s照射一次，并重复多次激光照射， 每次照射时间为30?60s，所述氧化石墨与所述三氯化硼在激光作用下发生反应，得到硼 掺杂石墨烯。 所述三氯化硼通入时的流速为250?400ml/min。 所述惰性气体为氩气、氮气或氦气，所述惰性气体通入时的流速为50?200ml/ min〇 所述激光器为氦激光器或者氖激光器。 所述激光照射重复次数为5?15次。 所述激光照射为螺旋式移动照射，所述激光的移动速率为〇. lcm/s?0. 5cm/s。 所述氧化石墨采用如下步骤制得：将纯度99. 5%的石墨加入到质量分数为98%的 浓硫酸和质量分数为65%的浓硝酸组成的混合溶液中，搅拌后向所述混合溶液中加入高锰 酸钾并加热氧化，再加入质量分数30%的过氧化氢溶液搅拌以除去高锰酸钾，然后对所述 混合溶液进行抽滤得抽滤物，再依次用稀盐酸和去离子水对所述抽滤物洗涤干燥后即得到 所述氧化石墨；其中，所述石墨、所述浓硫酸、所述浓硝酸、所述高锰酸钾及所述过氧化氢的 质量体积比为1?2g :90?95ml :20?25ml :3?7g :8?18ml。 所述干燥在60° C下的真空烘箱中进行，所述干燥的时间为12小时。 本专利技术还包括利用上述制备方法制得的硼掺杂石墨烯。 与现有技术相比，本专利技术的，存在以下的优点：利用激 光掺杂法制备硼掺杂石墨烯，掺杂量较高，且与其他制备方法相比，设备、工艺简单，便于操 作，原料廉价成本低，容易实现大规模工业化生产。 【具体实施方式】 以下结合实施例，对本专利技术予以进一步地详尽阐述。 本专利技术的硼掺杂石墨烯的制备过程大致分为以下步骤： (1)制备氧化石墨：取纯度为99. 5%的石墨加入由质量分数为98%的浓硫酸和质 量分数为65%的浓硝酸组成的混合溶液中，将混合物置于冰水混合浴环境下进行搅拌20分 钟，再慢慢地往混合物中加入高锰酸钾，搅拌1小时，接着将混合物加热至85°C并保持30分 钟，之后加入去离子水继续在85°C下保持一段时间，最后加入质量分数为30%的过氧化氢 溶液，搅拌10分钟，对混合物进行抽滤，再依次分别用稀盐酸和去离子水对固体物进行反 复洗涤，最后固体物质在60° C真空烘箱中干燥12小时得到氧化石墨；其中，所述石墨、所 述浓硫酸、所述浓硝酸、所述高锰酸钾及所述过氧化氢的质量体积比为1?2g :90?95ml : 20 ?25ml :3 ?7g :8 ?18ml。 (2)制备硼掺杂石墨烯：将（1)中得到的氧化石墨置于反应器中，通入惰性气体使 反应器中为惰性氛围，接着通入体积比为1. 25?5:5的惰性气体和三氯化硼的混合气体； 接着用频率范围为4X 1014HZ?7. 5X 1014HZ的激光照射氧化石墨，每间隔10?30s照射一 次，并重复多次激光照射，每次照射时间为30?60s，把全部氧化石墨照射完后，再重复移 动照射5?15次，氧化石墨与三氯化硼在激光作用下发生反应得到硼掺杂石墨烯。 所述步骤（2)中，激光照射为移动照射，移动照射采用螺旋式移动照射，即激光器 绕着反应器做螺旋式移动，激光器发出激光对氧化石墨进行激光照射，激光器为氦激光器 或者氖激光器。 惰性气体为氩气、氮气或氦气，惰性气体通入时的流速为50?200ml/min，三氯化 硼通入时的流速为250?400ml/min。对反应器的选择不进行限定，优选为试管。 本专利技术还包括利用上述制备方法制得的硼掺杂石墨烯。 下面以实施1至4对本专利技术的硼掺杂石墨烯的制备过程具体说明。 实施例1 (1)制备氧化石墨：称取纯度为99. 5%的石墨lg加入由92ml质量分数为98%的 浓硫酸和24ml质量分数为65%的浓硝酸组成的混合溶液中，将混合物置于冰水混合浴环境 下进行搅拌20分钟，再慢慢地往混合物中加入3g高锰酸钾，搅拌1小时，接着将混合物加 热至85° C并保持30分钟，之后加入92ml去离子水继续在85° C下保持30分钟，最后加 入8ml质量分数为30%的过氧化氢溶液，搅拌10分钟，对混合物进行抽滤得抽滤物，再依次 分别用l〇〇ml稀盐酸和150ml去离子水对抽滤物进行洗涤，共洗涤三次，最后固体物质在 60° C真空烘箱中干燥12小时得到氧化石墨。 (2)制备硼掺杂石墨烯：取（1)中得到的氧化石墨置于试管中，通入氩气使反应器 中为氩气氛围，接着通入体积比为5:5的氩气和三氯化硼的混合气体，其中氩气的流速为 100ml/min，三氯化硼的流速为300ml/min，再用氦激光器发射频率为4X1014HZ的激光，以 0. 3cm/s的照射移动速率的螺旋式移动照射氧化石墨，间隔10s照射一次，每次照射时间为 30s，把全部氧化石墨照射完后，再重复移动照射5次，得到硼掺杂石墨烯。 实施例2 (1)制备氧化石墨：称取纯度为99. 5%的石墨lg加入由90ml质量分数为98%的 浓硫酸和20ml质量分数为65%的浓硝酸组成的混合溶液中，将混合物置于冰水混合浴环境 下进行搅拌20分钟，再慢慢地往混合物中加入4g高锰酸钾，搅拌1小时，接着将混合物加 热至85° C并保持30分钟，之后加入92ml去离子水继续在85° C下保持30分钟，最后加 入10ml质量分数为30%的过氧化氢溶液，搅拌10分钟，对混合物进行抽滤得抽滤物，再依 次分别用l〇〇ml稀盐酸和150ml去离子水对抽滤物进行洗涤，共洗涤三次，最后固体物质在 60° C真空烘箱中干燥12小时得到氧化石墨。 (2)制备硼掺杂石墨烯：取（1)中得到的氧化石墨置于置于试管中，通入氮气使反 应器中为氮气氛围，接着通入体积比为1. 25:5的氮气和三氯化硼的混合气体，其中氮气的 流速为50ml/min，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硼掺杂石墨烯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：取氧化石墨置于反应器中，通入惰性气体使反应器中为惰性氛围，接着通入体积比为1.25~5:5的惰性气体和三氯化硼的混合气体，随后用频率范围为4×1014 HZ ~7.5×1014HZ的激光照射所述氧化石墨，每间隔10~30s照射一次，并重复多次激光照射，每次照射时间为30~60s，所述氧化石墨与所述三氯化硼在激光作用下发生反应，得到硼掺杂石墨烯。

【技术特征摘要】
1. 一种硼掺杂石墨烯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： 取氧化石墨置于反应器中，通入惰性气体使反应器中为惰性氛围，接着通入体积比为 1. 25?5:5的惰性气体和三氯化硼的混合气体，随后用频率范围为4X ΙΟ14 HZ?7. 5X 1014HZ 的激光照射所述氧化石墨，每间隔l(T3〇S照射一次，并重复多次激光照射，每次照射时间 为3(T60s，所述氧化石墨与所述三氯化硼在激光作用下发生反应，得到硼掺杂石墨烯。2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述三氯化硼通入时的流速为 250?400ml/min。3. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述惰性气体为氩气、氮气或氦气， 所述惰性气体通入时的流速为5(T200ml/min。4. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述激光器为氦激光器或者氖激光 器。5. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述激光照射重复次数为5?15次。6. 根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：周明杰，钟辉，王要兵，刘大喜，
申请(专利权)人：海洋王照明科技股份有限公司，深圳市海洋王照明技术有限公司，深圳市海洋王照明工程有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44