[发明专利]新型碳材料的掺杂方法及其应用

说明书

本发明属于碳材料技术领域，特别涉及一种新型碳材料的掺杂方法，包括如下步骤：将新型碳材料、掺杂化合物、溶剂混合，在惰性气体氛围下，在60‑240℃下微波反应3‑8h，得到新型微波掺杂碳材料。本发明提供的基于新型碳材料的掺杂方法反应温度低、掺杂率高，工艺简单、产率大，适合工业化生产。

技术领域

本发明属于新型碳材料技术领域，特别涉及一种新型碳材料的掺杂方法及其应用。

背景技术

随着石墨烯、碳纳米管等新型碳材料的崛起，碳材料的加工技术不断进步，碳材料的杂原子掺杂成为其中一个重要分支。但部分碳材料由于本征能带隙为零，其导电性不能像传统的半导体一样完全被控制，而且表面呈惰性，不利于与其他材料的复合。因此，对新型碳材料采取掺杂的方法可以使主要载流子变成电子型或空穴型，进而打开新型碳材料的带隙，提高碳材料的导电性、稳定性、表面化学活性，还有利于碳材料能量密度的提高，使新型碳材料的使用多元化。

专利CN106348277A公开了一种杂原子掺杂碳材料的制备方法，包括以下步骤：将碳材料放置在等离子体反应器中，并通入气体，在放电功率为20-1000W的条件下进行等离子体处理，使气体中的原子掺杂到碳材料中，得到杂原子掺杂碳材料。

专利CN104803371A公开了一种石墨烯掺杂方法，其包括：配置含有掺杂元素的掺杂液；将目标基底放入密闭容器中，将掺杂液雾化后通入密闭容器中，使掺杂液铺满基底表面生成第一掺杂层；取出带有掺杂液的基底进行固化处理；在第一掺杂层上生成石墨烯层。

如上所示的现有技术制成的掺杂多孔碳材料还存在工艺较为复杂、反应温度高、加热程序控制不精准、掺杂率不高等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型碳材料的掺杂方法及其应用，以解决上述问题中的一种或几种。

根据本发明的一个方面，提供了一种新型碳材料的掺杂方法，包括如下步骤：

将新型碳材料、掺杂化合物、溶剂混合，在惰性气体氛围下，在60-240℃下微波反应3-8h，得到新型微波掺杂碳材料。

在一些实施方式中，新型碳材料、掺杂化合物、溶剂三者的质量比为1:(1-5):(1-5)。

在一些实施方式中，步骤还包括：采用真空抽滤，用去离子水将新型微波掺杂碳材料中的反应溶剂清洗干净，得到新型微波掺杂碳材料浆料，新型微波掺杂碳材料浆料通过冷冻干燥，得到新型微波掺杂碳材料粉末。

在一些实施方式中，微波反应可在300-500kpa高压下进行。由此，可以提高掺杂率。

在一些实施方式中，将干燥的新型碳材料、掺杂化合物、溶剂放入微波反应器中搅拌0.5-2h。

在一些实施方式中，微波反应在微波反应器中进行，微波反应器为微波密闭反应器、微波常压反应器、微波连续反应器中的一种。

在一些实施方式中，掺杂化合物为掺杂含氮化合物、掺杂含氟化合物、掺杂含硼化合物、掺杂含溴化合物中的一种，其中，

含氮化合物可以为尿素、三聚氰胺、聚吡咯、聚苯胺、肼、六亚甲基四胺、双氢胺等含氨基、吡咯、吡啶结构氮源中的一种；

含氟化合物可以为10-70％的氢氟酸、BF₃乙醚合物、二乙基氨基三氟化硫(DAST)、六氟磷酸(HPF₆)等含氟键氟源中的一种；

含硼化合物可以为硼酸；

含溴化合物可以为氯化溴、氟化溴、三氟化溴、五氟化溴、碘化溴中的一种。

在一些实施方式中，溶剂为无水乙醇或乙腈。

在一些实施方式中，惰性气体可以为氩气、氮气、氢气中的一种或几种。