一种掺杂石墨烯的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种掺杂石墨烯的制备方法，包括以下步骤：将金属材质的衬底清洗后烘干；将烘干后的衬底设置在反应室中，往反应室通入保护性气体，并保持1～60分钟；随后将反应室加热至750～1100℃，通入气流量为20～1000sccm的气态含碳物质以及气流量为10～200sccm的气态含氮物质进行反应，且C∶N原子比为2～20∶1，保持1～300分钟的反应后在衬底表面制得掺杂石墨烯。本发明专利技术无需额外制备催化剂，工艺和设备简单，操作简易可行，与其它掺氮方法相比，所制得的产品氧含量低、掺氮量易控制和掺杂均匀等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及化学气相沉积法制备石墨烯的方法，特别是涉及。
技术介绍
石墨烯是2004年英国曼彻斯特大学的安德烈.K.海姆(Andre K.Geim)等发现的一种二维碳原子晶体，为单层或多层的极薄的碳材料。单层石墨烯拥有优良的导电、导热性能和低的热膨胀系数，并且其理论比表面积高达2630m2/g(A Peigney, Ch Laurent, etal.Carbon，2001，39，507)，可用于效应晶体管、电极材料、复合材料、液晶显示材料、传感器等。石墨烯独特的结构和光电性质使其成为碳材料、纳米技术、凝聚态物理和功能材料等领域的研究热点。石墨烯的研究和应用对它的大批量、低成本制备提出了迫切要求。目前制备石墨稀的方法主要有石墨剥裂(Novoselov K S, Geim A K, et al.Science 2004, 306,666)、化学氧化还原法(D A Dikin, et al.Nature 2007,448,457 ；Sasha Stankovich, Dmitriy ADikin,Richard D Piner, et al.Carbon 2007,45,1558)、超声剥离法(Guohua Chen, WenguiWeng, Dajun Wu, et al.Carbon.2004,42, 753)等。然而，目前在通过化学氧化还原的方法大规模制备石墨烯的过程中，还原后制得的石墨烯还含有较少量的_0H、-C-O-C-和-C00H等含氧官能团，这些官能团会降低石墨烯的化学稳定性与电化学稳定性。化学气相沉积法已经实现了碳纳米管的批量生产，有望利用化学气相沉积法实现石墨烯的批量生产。所以人们开始利用等离子体增强化学气相沉积法制备掺氮石墨烯(Hyung Mo Jeong, et al.Nano Letters，2011，11，2472-2477)。公开号为 CN 101289181 A的中国专利申请公开了化学气相沉积法掺杂石墨烯的制备方法，但该方法需要另外添加催化剂，完成制备后还需去除催 化剂，增加工艺复杂性，且得到的样品氧含量过高。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术旨在提供，该方法无需额外制备催化剂，工艺和设备简单，操作简易可行，与其它掺氮方法相比，所制得的产品氧含量低、掺氮量易控制和掺杂均匀等优点。本专利技术提供的，包括以下步骤:(I)将金属材质的衬底清洗后烘干；(2)将烘干后的衬底设置在反应室中，往反应室通入气流量为10 IOOOsccm的保护性气体，并保持I 60分钟；(3)随后将反应室加热至750 1100°C，通入气流量为20 IOOOsccm的气态含碳物质以及气流量为10 200sccm的气态含氮物质进行反应，且C: N原子比为2 20: 1，保持I 300分钟的反应后在衬底表面制得掺杂石墨烯。所述掺杂石墨烯的制备方法中，所述步骤(I)中:优选地，衬底为铜箔、铁箔、镍箔或钴箔；优选地，所述衬底的清洗过程包括:依次用去离子水、乙醇和丙酮分别对所述衬底进行超声清洗。所述掺杂石墨烯的制备方法中，步骤(2)中:优选地,保护性气体为氢气、氮气和氩气中的一种或其任意组合；优选地,往反应室通入保护性气体后保持20 30分钟。所述掺杂石墨烯的制备方法中，步骤(3)中:优选地，反应室的加热温度为900 1050°C ；优选地，气态含碳物质为甲烷、乙烷和乙炔中的一种或其任意组合；优选地，气态含氮物质为氨气、甲胺和乙胺中的一种或其任意组合；优选地，往反应室通入气态含碳物质和气态含氮物质后保持30 60分钟的通气时间；优选地，C: N原子比为5 10: I。本专利技术提供的利用化学气相沉积法掺杂石墨烯的制备方法，无需额外制备催化齐U，工艺和设备简单，操作简易可行，与其它掺氮方法相比，所制得的产品氧含量低、掺氮量易控制和掺杂均匀等优点。附图说明图1为本专利技术的掺杂石墨烯制备工艺流程图；图2为本专利技术实施例一所制备的掺杂石墨烯的SEM电镜图；图3为本专利技术实施例一所制备的掺杂石墨烯的XPS图谱。具体实施例方式以下所述是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本专利技术的保护范围。本实施例提供的，如图1所示，包括以下步骤:(I)将金属材质的衬底清洗后烘干；(2)将烘干后的衬底设置在反应室中，往反应室通入气流量为10 IOOOsccm的保护性气体，并保持I 60分钟；(3)随后将反应室加热至750 1100°C，通入气流量为20 IOOOsccm的气态含碳物质以及气流量为10 200sccm的气态含氮物质进行反应，且C: N原子比为2 20: 1，保持I 300分钟的反应；(4)反应完成后，停止通入气态含碳物质和气态含氮物质，以及停止对衬底进行加热，冷却至室温后停止通入保护性气体，在衬底表面制得掺杂石墨烯。所述掺杂石墨烯的制备方法中，所述步骤(I)中: 衬底为铜箔、铁箔、镍箔或钴箔；衬底的清洗过程包括:依次用去离子水、乙醇和丙酮分对衬底进行超声清洗10 35分钟。所述掺杂石墨烯的制备方法中，步骤(2)中:保护性气体为氢气、氮气和氩气中的一种或其任意组合，且往反应室通入保护性气体后保持20 30分钟。所述掺杂石墨烯的制备方法中，步骤(3)中:优选地，反应室的加热温度为900 1050°C ；优选地，气态含碳物质为甲烷、乙烷和乙炔中的一种或其任意组合；优选地，气态含氮物质为氨气、甲胺和乙胺中的一种或其任意组合；优选地，往反应室通入气态含碳物质和气态含氮物质后保持30 60分钟的通气时间；优选地，C: N原子比为5 10: I。本专利技术提供的利用化学气相沉积法掺杂石墨烯的制备方法，无需额外制备催化齐U，工艺和设备简单，操作简易可行，与其它掺氮方法相比，所制得的产品氧含量低、掺氮量易控制和掺杂均匀等优点。实施例一，包括以下步骤:(I)依次用去离子水、乙醇和丙酮对铁箔进行超声清洗后烘干；(2)将烘干后的 铁箔设置在反应室中，往反应室通入气流量为IOOccm的氢气，并保持50分钟；(3)随后将反应室加热至1100°C，通入气流量为20sccm的甲烷以及气流量为IOsccm的氨气进行反应，保持60分钟的通气时间；(4)反应完成后，停止通入甲烷和氨气，以及停止对铁箔进行加热，冷却至室温后停止通入氢气，在铁箔表面制得掺杂石墨烯。图2为实施例1制备的掺氮石墨烯的SEM图片，从图2中可以明显看出在铁箔表面已成功生长出掺杂石墨烯，厚度约为I 2nm,长度约为0.5 5um。图3为实施例1制备的掺氮石墨烯的XPS图谱，从图3中可以看出，氮已经掺到石墨烯里，含量为5.8%，在图谱中没有明显的含氧峰，所以氧含量基本为零，实现了较理解的掺杂效果。实施例2，包括以下步骤:(I)依次用去离子水、乙醇和丙酮对钴箔进行超声清洗后烘干；(2)将烘干后的钴箔设置在反应室中，往反应室通入气流量为IOOOsccm的氩气，并保持I分钟；(3)随后将反应室加热至900°C，通入气流量为200SCCm的乙炔以及气流量为40sccm的甲胺进行反应，保持30分钟的通气时间；(4)反应完成后，停止通入乙炔和甲胺，以及停止对钴箔进行加热，冷却至室温后停止通入氩气，在钴箔表面制得掺杂石墨烯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种掺杂石墨烯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将金属材质的衬底清洗后烘干；(2)将烘干后的衬底设置在反应室中，往反应室通入气流量为10～1000sccm的保护性气体，并保持1～60分钟；(3)随后将反应室加热至750～1100℃，通入气流量为20～1000sccm的气态含碳物质以及气流量为10～200sccm的气态含氮物质进行反应，且C∶N原子比为2～20∶1，保持1～300分钟的反应后在衬底表面制得掺杂石墨烯。

【技术特征摘要】
1.一种掺杂石墨烯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)将金属材质的衬底清洗后烘干； (2)将烘干后的衬底设置在反应室中，往反应室通入气流量为10 lOOOsccm的保护性气体，并保持I 60分钟； (3)随后将反应室加热至750 1100°C，通入气流量为20 IOOOsccm的气态含碳物质以及气流量为10 200sccm的气态含氮物质进行反应，且C: N原子比为2 20: 1，保持I 300分钟的反应后在衬底表面制得掺杂石墨烯。2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(I)中，所述衬底为铜箔、铁箔、镍箔或钴箔。3.按权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(I)中，所述衬底的清洗过程包括:依次用去离子水、乙醇和丙酮分别对所述衬底进行超声清洗。4.按权利要求1所述的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：周明杰，袁新生，王要兵，
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，
类型：发明
国别省市：