[发明专利]一种基于4-氨基-1,2,4-三唑-5-酮的氮掺杂石墨烯材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于4‑氨基‑1,2,4‑三唑‑5‑酮的氮掺杂石墨烯材料的制备方法，该方法是将石墨烯分散于去离子水中，加入4‑氨基‑1,2,4‑三唑‑5‑酮水溶液，在50～100℃下加热30～60min，降温至室温，干燥，得到石墨烯包覆的4‑氨基‑1,2,4‑三唑‑5‑酮共晶物，将其研磨成粉末，置于管式炉在500～800℃下加热1.5～6h，得到氮掺杂石墨烯材料。本发明得到的材料中石墨烯均匀包覆在4‑氨基‑1,2,4‑三唑‑5‑酮晶体的表面，不需要使用胶黏剂等助剂，完整的保持了4‑氨基‑1,2,4‑三唑‑5‑酮晶体的表面性能。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，尤其涉及一种基于4-氨基-1,2,4-三唑-5-酮(ATO)的氮掺杂石墨烯材料的制备方法。

背景技术

石墨烯(G)是平面单层碳原子紧密结合在一起形成的二维蜂窝晶格材料，厚度为0.35nm左右，是世界上最薄的二维材料。

石墨烯的电子穿过没有任何阻力，产生的热量少、导电效率高，是已知导电性能最优异的材料，具有独特的性能，例如，拉伸强度可达130GPa ；载流子迁移率可达15000-25000cm²/Vs(平方厘米每伏秒)，可超过硅片的10倍；热导率可达5000W/mK(瓦每毫导热系数)，是金刚石的3倍；它还具有室温量子霍尔效应及室温铁磁性等特殊性质。

但是，石墨烯没有能带隙，其电导性不能像传统的半导体一样被控制，而且它表面光滑呈惰性，不利于与其它材料复合。以上缺点限制了石墨烯的应用。

发明内容

本发明提供一种基于4-氨基-1,2,4-三唑-5-酮的氮掺杂石墨烯材料的制备方法，旨在解决石墨烯材料不容易与其它材料复合，导致应用受限制的问题。

本发明提供的一种基于4-氨基-1,2,4-三唑-5-酮的氮掺杂石墨烯材料的制备方法，该方法包括：将石墨烯分散于去离子水中，加入4-氨基-1,2,4-三唑-5-酮的水溶液，在50～100℃下加热30～60min，降温至室温，干燥，得到石墨烯包覆的4-氨基-1,2,4-三唑-5-酮共晶物，将其研磨成粉末，在500～800℃下加热1.5～6h，得到氮掺杂石墨烯材料；其中，石墨烯与4-氨基-1,2,4-三唑-5-酮溶液中的4-氨基-1,2,4-三唑-5-酮的质量为1:1～10。

优选的是，石墨烯的层数在1～2层，且片径在0.2～100μm。

优选的是，石墨烯与4-氨基-1,2,4-三唑-5-酮的质量比为1:1～8。

优选的是，4-氨基-1,2,4-三唑-5-酮的水溶液中，4-氨基-1,2,4-三唑-5-酮的浓度为1～6 mg/mL。

优选的是，管式炉的加热温度设置为600℃，加热时间为4.5h。

上述中，石墨烯水分散液的制备采用下述方法：将石墨烯加入到去离子水中，搅拌30～90min，超声抖动30～60min，其中，石墨烯与去离子水的质量比为1:50～80。

本发明提供的氮掺杂石墨烯材料的制备方法，利用4-氨基-1,2,4-三唑-5-酮与石墨烯进行反应，得到氮掺杂含量较高的石墨烯材料。该材料中石墨烯均匀包覆在4-氨基-1,2,4-三唑-5-酮晶体的表面，不需要使用胶黏剂等助剂，完整的保持了单氨基双三唑酮晶体的表面性能。通过4-氨基-1,2,4-三唑-5-酮热裂解时放出的热量以及释放出N₂自由基，进一步地，打开石墨烯的能带隙、C-C键，调整了导电类型，改变了电子结构；提高了自由载流子密度，提高了导电性能和稳定性；引入含氮的官能团，增加了表面吸附金属粒子的活性位，增强了金属粒子与石墨烯的相互作用，扩大了石墨烯的应用。

附图说明

图1是本发明实施例1制备得到的氮掺杂石墨烯材料的扫描电镜测试图。