一种磷掺杂石墨烯及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种磷掺杂石墨烯及其制备方法，所述制备方法包括：将磷源与有机盐或与有机酸和盐类的混合物在非氧化性气氛下加热至300-1600℃，得到磷掺杂石墨烯与金属氧化物的混合物；去除混合物中的金属氧化物，得到磷掺杂石墨烯。本发明专利技术通过在非氧化性气氛中加热磷源与有机盐或与有机酸与盐类的混合物，利用有机盐碳化石墨烯、无机氧化物成核和磷源热解产生活性磷的理念，来制备得到磷掺杂石墨烯。该方法具有工艺简单、生产周期短、可原位掺杂等优点，且制备得到的磷掺杂石墨烯具有多孔性、比表面积大、不团聚的特点，可广泛应用于锂离子电池、超级电容器、铅酸电池、水处理、电催化、光催化等各个领域。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及，所述制备方法包括：将磷源与有机盐或与有机酸和盐类的混合物在非氧化性气氛下加热至300-1600℃，得到磷掺杂石墨烯与金属氧化物的混合物；去除混合物中的金属氧化物，得到磷掺杂石墨烯。本专利技术通过在非氧化性气氛中加热磷源与有机盐或与有机酸与盐类的混合物，利用有机盐碳化石墨烯、无机氧化物成核和磷源热解产生活性磷的理念，来制备得到磷掺杂石墨烯。该方法具有工艺简单、生产周期短、可原位掺杂等优点，且制备得到的磷掺杂石墨烯具有多孔性、比表面积大、不团聚的特点，可广泛应用于锂离子电池、超级电容器、铅酸电池、水处理、电催化、光催化等各个领域。【专利说明】
本专利技术涉及碳材料
，具体说是。
技术介绍
随着石油资源的枯竭，清洁能源技术日益受到人们的关注。锂离子电池、超级电容 器、燃料电池等能源转化和储存领域具有引人注目的应用潜力。先进电极材料与催化剂是 这类能源器件的核心部分和发展瓶颈。近年来，随石墨烯和能源器件技术的发展，杂原子掺 杂石墨烯成为这些领域的研究热点。 现有技术中关于磷掺杂石墨烯的报道比较少。侯仰龙等人通过氧化石墨烯混合三 苯基磷经过热处理，得到磷掺杂的石墨烯中的磷含量为1. 81% (Advanced Materials, 201， 25,4932-4937)。在中国专利CN 103495430 A中，通过混合氧化石墨与含磷离子液体，经过 热处理得到掺杂石墨烯。上述技术中，均需要以氧化石墨烯为基底，不能原位制备磷掺杂石 墨烯，且涉及到多个实验步骤，工艺复杂，效率低下。
技术实现思路
为了弥补上述现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种工艺简 单、可原位掺杂磷的磷掺杂石墨烯制备方法。 为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为： 一种磷掺杂石墨烯制备方法，包括： 将磷源与有机盐或与有机酸和盐类的混合物在非氧化性气氛下加热至 300-1600°C，得到磷掺杂石墨烯与金属氧化物的混合物； 去除混合物中的金属氧化物，得到磷掺杂石墨烯； 其中，所述磷源选自单质磷、磷酸盐、磷酸酯类化合物和亚磷酸酯类化合物中的一 种或多种； 其中，所述有机盐选自镁、钙、锶、钡、钴、镍、锰、铁、锌、铝、铟或铋的柠檬酸盐、葡 萄糖酸盐、酒石酸盐、D-泛酸盐、苏糖酸盐、碳原子数为8-24的正烷基脂肪酸盐和油酸盐中 的一种或多种； 其中，所述有机酸选自柠檬酸、葡萄糖酸、酒石酸、D-泛酸、苏糖酸、碳原子数为 8-24的正烷基脂肪酸和油酸中的一种或多种； 其中，所述盐类选自镁、钙、锶、钡、钴、镍、锰、铁、锌、铝、铟或铋的醋酸盐、硝酸盐、 氯化盐、溴化盐和碘化盐中的一种或多种。 本专利技术的有益效果在于：工艺简单、生产周期短、可原位掺杂磷，制得的磷掺杂石 墨烯具有多孔性、比表面积大的特点，可应用于锂离子电池、超级电容器、铅酸电池、水处 理、电催化、光催化等各个领域。 【专利附图】【附图说明】 图1所示为本专利技术实施例1制备的磷掺杂石墨烯的扫描电镜图。 【具体实施方式】 为详细说明本专利技术的
技术实现思路
、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式 并配合附图详予说明。 本专利技术最关键的构思在于：通过在非氧化性气氛中加热磷源与有机盐或与有机酸 和盐类的混合物，利用有机盐碳化石墨烯、无机氧化物成核和磷源热解产生活性磷的理念， 来制备得到具有多孔性、比表面积大等优点的原位磷掺杂石墨烯，该方法工艺简单、生产周 期短、可规模化生产，制备得到的磷掺杂石墨烯可应用于锂离子电池、超级电容器、铅酸电 池、水处理、电催化、光催化等各个领域。 本专利技术提供的磷掺杂石墨烯制备方法，包括： 将磷源与有机盐或与有机酸和盐类的混合物在非氧化性气氛下加热至 300-1600°C，得到磷掺杂石墨烯与金属氧化物的混合物； 去除混合物中的金属氧化物，得到磷掺杂石墨烯； 其中，所述磷源选自单质磷、磷酸盐、磷酸酯类化合物和亚磷酸酯类化合物中的一 种或多种； 其中，所述有机盐选自镁、钙、锶、钡、钴、镍、锰、铁、锌、铝、铟或铋的柠檬酸盐、葡 萄糖酸盐、酒石酸盐、D-泛酸盐、苏糖酸盐、碳原子数为8-24的正烷基脂肪酸盐和油酸盐中 的一种或多种； 其中，所述有机酸选自柠檬酸、葡萄糖酸、酒石酸、D-泛酸、苏糖酸、碳原子数为 8-24的正烷基脂肪酸和油酸中的一种或多种； 其中，所述盐类选自镁、钙、锶、钡、钴、镍、锰、铁、锌、铝、铟或铋的醋酸盐、硝酸盐、 氯化盐、溴化盐和碘化盐中的一种或多种。 本专利技术制备磷掺杂石墨烯的机理如下： 在磷源和富碳有机盐、或富碳有机酸与盐类的混合体系中，富碳有机酸或富碳有 机盐作为碳源在高温非氧化性气氛中，经过热解，碳原子在原位生长的金属氧化物表面成 核重排，重排依氧化物表面模板呈现二维方向的生长，且连续性好，从而得到多孔石墨烯和 金属氧化物的混合物。与此同时，磷源热解后产生活性磷，参与了碳原子的重排过程，实现 磷原位掺杂石墨烯的生长；而对于有机磷化合物不仅提供活性磷，还提供部分碳，实现磷原 位掺杂石墨烯的生长。金属氧化物具有溶解于酸的特点，因此混合物经酸洗处理后，即可得 到纯的磷掺杂多孔石墨烯。 从上述描述可知，本专利技术的有益效果在于： 由于本专利技术仅需通过在非氧化性气氛中加热磷源与有机盐或与有机酸与盐类的 混合物，即可制备得到磷掺杂石墨烯与金属氧化物的混合物，后续可通过洗液洗涤等常规 除杂工艺即可去除混合物中的金属氧化物来得到纯度较高的磷掺杂石墨烯，因此相比现有 技术而言，本专利技术具有工艺简单、生产周期短、可原位掺杂等优点，且制备得到的磷掺杂石 墨烯具有多孔性、比表面积大的特点，可广泛应用于锂离子电池、超级电容器、铅酸电池、水 处理、电催化、光催化等各个领域。 优选的，所述磷源选自红磷、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸、亚磷酸、磷酸三甲酯、 磷酸三乙酯、磷酸三丁酯、磷酸三辛酯、磷酸三苯酯、亚磷酸三甲酯、亚磷酸三乙酯、亚磷酸 三丁酯、亚磷酸三辛酯和亚磷酸三苯酯中的一种或多种。 优选的，所述有机酸和盐类的重量比为1 : 9-9 : 1。 优选的，所述磷源与有机盐的重量比为0. 1 : 100-1 : 10。 优选的，所述磷源与有机酸和盐类的混合物的重量比为0. 1 : 100-1 : 10。 优选的，所述非氧化性气氛由氮气、氩气、氢气和氨气中的一种或多种组成。 优选的，由于磷掺杂石墨烯在高温下和空气接触易于被氧化，为了避免氧化造成 的产品纯度和质量下降等问题，本专利技术在去除混合物中的金属氧化物时，优选采用以下方 式：在隔绝空气的条件下和/或混合物温度低于l〇〇°C的条件下采用洗液洗涤的方式去除 混合物中的金属氧化物，所述洗液选自盐酸、硝酸、醋酸和草酸中的一种或多种。更优选的， 采用37%浓盐酸和30%醋酸中的一种或两种，在40-60°C的温度条件下酸洗4-8小时。洗 涤完成后，可进一步抽滤至干燥以获得高纯度的磷掺杂石墨烯。 优选的，所述加热的速率为0.5_15°C/min。当加热速率太快时，磷掺杂石墨烯的 产率较低，而过慢的加热速率，又会大大延长产品的生产周期。更优选的，所述加热的速率 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磷掺杂石墨烯制备方法，其特征在于，包括：将磷源与有机盐或与有机酸和盐类的混合物在非氧化性气氛下加热至300‑1600℃，得到磷掺杂石墨烯与金属氧化物的混合物；去除混合物中的金属氧化物，得到磷掺杂石墨烯；其中，所述磷源选自单质磷、磷酸盐、磷酸酯类化合物和亚磷酸酯类化合物中的一种或多种；其中，所述有机盐选自镁、钙、锶、钡、钴、镍、锰、铁、锌、铝、铟或铋的柠檬酸盐、葡萄糖酸盐、酒石酸盐、D‑泛酸盐、苏糖酸盐、碳原子数为8‑24的正烷基脂肪酸盐和油酸盐中的一种或多种；其中，所述有机酸选自柠檬酸、葡萄糖酸、酒石酸、D‑泛酸、苏糖酸、碳原子数为8‑24的正烷基脂肪酸和油酸中的一种或多种；其中，所述盐类选自镁、钙、锶、钡、钴、镍、锰、铁、锌、铝、铟或铋的醋酸盐、硝酸盐、氯化盐、溴化盐和碘化盐中的一种或多种。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马建民，毛玉华，
申请(专利权)人：深圳新宙邦科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44