[发明专利]一种硼掺杂石墨烯及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳材料技术领域，具体说是一种硼掺杂石墨烯及其制备方法。

背景技术

自从2004年Geim等人成功制备单层石墨以来，石墨烯的电学性质，如Klein隧穿、狄拉克颤动、半整数霍尔效应等受到极大关注。目前，石墨烯在量子结、双层石墨结构、显示屏等纳米器件具有潜在的巨大应用，可能成为构造下一代纳米电子器件的基本材料。然而，石墨烯材料电子能谱中能隙过小，不能像传统的半导体一样完全被控制，可能阻止大开关信号比等。因此如何打开和增大石墨烯的能隙，对于石墨烯的应用有着重要的意义。石墨烯掺杂原子可以打开能带隙并调整导电类型改变石墨烯的电子结构、提高石墨烯的自由载流子密度，从而提高石墨烯的导电性能和稳定性。

掺硼石墨烯是一种重要的石墨烯衍生物，在锂离子电池、超级电容器及半导体领域有巨大潜在应用。现有技术中关于制备掺硼石墨烯的方法有化学气相沉积法、电弧放电法、高温热掺杂石墨烯法等。前两种方法对设备要求高以及操作复杂，不利于宏量化；高温热掺杂石墨烯方法涉及到氧化石墨烯原料、掺杂、后处理等多个步骤。

发明内容

为了弥补上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺简单、可原位掺杂硼的硼掺杂石墨烯制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种硼掺杂石墨烯制备方法，包括：

将硼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350-1600℃，得到硼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，得到硼掺杂石墨烯；

其中，所述硼源选自硼酸甘油酯、硼酸三苯酯、硼酸三丁酯、硼酸三辛酯、四苯基硼酸钠、硼酸、氧化硼和硼氢化钠中的一种或多种；

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、乳糖酸盐、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、乳糖酸、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。

本发明的有益效果在于：工艺简单、生产周期短、可原位掺杂硼，制得的硼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、纳米器件等各个领域。

附图说明

图1所示为本发明实施例1制备的硼掺杂石墨烯的扫描电镜图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、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。

本发明最关键的构思在于：通过在非氧化性气氛中加热硼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、无机氧化物成核和硼源热解产生活性硼的理念，来制备得到具有多孔性、比表面积大等优点的原位硼掺杂石墨烯，该方法工艺简单、生产周期短、可规模化生产，制备得到的硼掺杂石墨烯可应用于锂离子电池、超级电容器、纳米器件等各个领域。

本发明提供的硼掺杂石墨烯制备方法，包括：

将硼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350-1600℃，得到硼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，得到硼掺杂石墨烯；

其中，所述硼源选自硼酸甘油酯、硼酸三苯酯、硼酸三丁酯、硼酸三辛酯、四苯基硼酸钠、硼酸、氧化硼和硼氢化钠中的一种或多种；

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、乳糖酸盐、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、乳糖酸、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。

本发明制备硼掺杂石墨烯的机理如下：