CN104860309B - 一种制备掺硼或硼氮石墨烯的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种制备掺硼或硼氮石墨烯的方法，所述方法步骤如下：（1）将称取好的镁粉、固体碳源、硼或硼氮源混合均匀，得混合粉体，所述混合粉体中镁粉、固体碳源与硼或硼氮源的质量比为19.95~99：40~79.95：1~39.5；（2）将步骤（1）所得到的混合粉体在特定气氛下进行燃烧合成反应，反应产物经提纯后，得到掺硼或硼氮石墨烯。本发明采用含硼或硼氮物质作为硼或硼氮源，石墨烯制备与掺杂一步完成，所制得的掺硼或硼氮石墨烯片层结构完整，分散性好，质量高，有效比表面积大，在纳米复合材料、能量存贮器件、催化剂、铁磁器件中有广阔的应用前景。

Description

一种制备掺硼或硼氮石墨烯的方法

技术领域

本发明属于碳材料技术领域，涉及一种掺硼或硼氮石墨烯的制备方法。

背景技术

石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构新型碳材料，具有优异的物理、化学及机械性能，被广泛应用在化学电源、光电子器件和多相催化等领域。

然而，由于石墨烯没有能带隙，使得其导电性不能像传统半导体一样完全被控制，而且石墨烯表面光滑且呈惰性，不利于与其他材料的复合，从而阻碍了石墨烯的应用。石墨烯掺硼或硼氮，可以打开能带隙并调整导电类型，改变石墨烯的电子结构，提高石墨烯的空穴载流子密度，从而提高石墨烯的稳定性。

目前有诸多研究集中在制备掺硼石墨烯的方法上，并在某些方面有相当的成就，常见制备掺硼石墨烯方法有：化学气相沉积、水热反应法。Wang等人（Small 2013,9,No.8,1316-1320）采用化学气相沉积法，以苯硼酸（C₆H₇BO₂）为前驱体成功制备出了单层掺硼石墨烯。Li等人（RSC.Adv.,2014,4,37992）采用水热反应，其躯体是氧化石墨烯和NaBH₄，实现了石墨烯的硼元素掺杂，并且与TiO₂复合，显著提高了TiO₂的光催化性能。Jung等人（Chem.Mater. 2014, 26, 3586−3591）采用改进的伍兹反应成功制备了掺硼石墨烯，该组采用CCl₄和BBr₃在单质钾的作用下生成了掺杂硼元素的石墨烯，并且可以用作太阳能电池的无金属阴极材料。但是这些方法对制备设备要求较高且操作复杂。

发明内容

为了解决现有掺硼和/或氮石墨烯制备设备要求较高、操作复杂的问题，本发明旨在提供一种掺硼或硼氮石墨烯的制备方法，将硼或硼氮元素掺杂进入石墨烯片层内，制得掺硼或硼氮石墨烯。该方法原料来源广、成本低、操作简单方便，对设备无特殊要求，易于批量化生产。

本发明的目的是通过以下两种技术方案实现的：

一种掺硼或硼氮石墨烯的制备方法，包括以下步骤：

技术方案一：

（1）将称取好的镁粉、固体碳源、硼或硼氮源混合均匀，得混合粉体，所述混合粉体中镁粉、固体碳源与硼或硼氮源的质量比为19.95~99：40~79.95：1~39.5；

（2）将步骤（1）所得到的混合粉体在特定气氛下进行燃烧合成反应，经提纯后，得到掺硼或硼氮石墨烯，所述燃烧合成反应按以下步骤进行操作：

a、将混合粉体置于坩埚内，对于不易点燃的混合粉体，可在混合粉体上铺加点火剂，点火剂为Fe₃O₄+Mg、MnO₂+Mg、Fe₃O₄+Al或Cr₂O₃+Al；

b、将坩埚放入放入耐压能力0.5~10MPa的通用的燃烧合成反应装置中，向燃烧合成反应装置内通入0.1~5MPa的特定气氛，所述特定气氛为二氧化碳、一氧化碳、氩气、氦气、氨气的一种或几种；

c、采用局部电热点火或局部高频感应加热的方式，点燃混合粉体，进行燃烧合成反应，其中，局部电热点火是在螺旋状钨丝线圈上通以10~30A直流电流，加热局部反应物料引发燃烧合成反应；局部高频感应加热是采用高频感应线圈，加热局部反应物料引发燃烧合成反应；

d、在反应过程中保持通入特定气氛，其通入速度为0~100m³/min；

e、待燃烧合成反应结束后，停止通入特定气氛，冷却至室温，取出燃烧合成反应产物。

技术方案二：

（1）将称取好的镁粉、硼或硼氮源混合均匀，得混合粉体，所述混合粉体中镁粉与硼或硼氮源的质量比为60.5~99：1~39.5；

（2）向步骤（1）所得到的混合粉体中通入气体碳源，进行燃烧合成反应，反应产物经提纯后，得到掺硼或硼氮石墨烯，所述燃烧合成反应按以下步骤进行操作：

a、将混合粉体置于坩埚内，对于不易点燃的混合粉体，可在混合粉体上铺加点火剂，点火剂为Fe₃O₄+Mg、MnO₂+Mg、Fe₃O₄+Al或Cr₂O₃+Al；

b、将坩埚放入耐压能力0.5~10MPa的通用的燃烧合成反应装置中，向燃烧合成反应装置内通入0.1~5MPa的气体碳源，所述气体碳源为二氧化碳和/或一氧化碳，通入速度为0.01~100m³/min；

c、采用局部电热点火或局部高频感应加热的方式，点燃混合粉体，进行燃烧合成反应，其中，局部电热点火是在螺旋状钨丝线圈上通以10~30A直流电流，加热局部反应物料引发燃烧合成反应；局部高频感应加热是采用高频感应线圈，加热局部反应物料引发燃烧合成反应；

d、待燃烧合成反应结束后，停止通入气体碳源，冷却至室温，取出燃烧合成反应产物。

优选地，所述固体碳源为二氧化碳、碳酸镁、碳酸钙、葡萄糖、蔗糖、聚乙烯醇、酚醛树脂、纤维素中的一种或者几种。

优选地，所述硼源物质为硼化镁、氧化硼、硼酸、硼酸钠、硼氢化锂、硼氢化钠、三乙酰氧基硼氢化钠、硼氢化钾、无水硼砂、四氟硼酸钠、四丁基硼氢化铵、六硼酸镁、溴化硼、硼酸酯、硼酸钙、偏硼酸钙、硼酸甘油、苯硼酸中的一种或几种。

优选地，硼氮源物质为硼源物质与下列含氮物质中的一种或几种的混合物，其中：所述硼源物质为硼化镁、氧化硼、硼酸、硼酸钠、硼氢化锂、硼氢化钠、三乙酰氧基硼氢化钠、硼氢化钾、无水硼砂、四氟硼酸钠、四丁基硼氢化铵、六硼酸镁、溴化硼、硼酸酯、硼酸钙、偏硼酸钙、硼酸甘油、苯硼酸中的一种或几种；所述硼氮源物质为硼源物质与下列含氮物质中的一种或几种的混合物，其中：硼源物质为硼化镁、氧化硼、硼酸、硼酸钠、硼氢化锂、硼氢化钠、三乙酰氧基硼氢化钠、硼氢化钾、无水硼砂、四氟硼酸钠、四丁基硼氢化铵、六硼酸镁、溴化硼、硼酸酯、硼酸钙、偏硼酸钙、硼酸甘油、苯硼酸、硼吖嗪、硼酸铵中的一种或两种混合物，含氮物质为氨基脲、盐酸氨基脲、酰基脲、尿素、普鲁士蓝、氯化铵、碳酸铵、硫酸铵、聚乙酰胺、硝酸铵、单氰胺、双氰胺、三聚氰胺、三乙醇胺、二甲胺盐酸盐、苄基三乙基氯化铵、六次甲基四胺、苯胺、苯二胺、吡咯、咪唑、咪唑啉、聚苯胺、聚吡咯、聚吡啶、三聚氰胺树脂、聚丙烯酰胺、十二胺、十八胺、乙二酰脲、马来酰脲、丙醇二酰脲、丙酮二酰脲、三异丙醇胺、二乙烯三胺、三乙烯二胺、四乙烯五胺、五乙烯六胺、N-乙酰基咪唑、3-氨基甲酰基苯硼酸、间氨基甲酰基苯硼酸、2-甲酰基吡啶、苯甲酰基吡啶 氨基葡萄糖、葡甲胺、哒嗪、三嗪、对氯苯胺、乙二胺、苯胺、二甲基甲酰胺、环己胺、二苯胺中的一种或者几种。

优选地，所述步骤（2）中提纯按以下步骤进行操作：将燃烧合成产物粉体放入质量百分含量为10~37％的盐酸或质量百分含量为10~30％的硝酸中进行的酸洗，酸洗至酸洗液的pH值小于5后，用蒸馏水冲洗，至冲洗液为中性，在常压或真空中进行干燥，得到掺硼或硼氮石墨烯粉体。

优选地，所述步骤（1）中混合粉体中包含22%~35％的镁粉和65%~78%的碳酸盐粉末。

优选地，所述步骤（1）中镁粉的纯度为99.5%，平均颗粒直径为0.02~1.0mm。

优选地，所述步骤（1）中碳酸盐粉末纯度为95~99%，平均颗粒直径为0.044~5.0mm。

本发明的工作原理：通过对石墨烯掺硼或硼氮，打开能带隙并调整导电类型，改变石墨烯的电子结构，提高石墨烯的载流子密度，从而提高石墨烯的导电性和稳定性。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明采用含硼或硼氮物质作为硼或硼氮源，所制得的掺硼或硼氮石墨烯片层结构完整，分散性好，质量高，有效比表面积大；

（2）本发明制得的掺硼或硼氮石墨烯材料，在保证石墨烯原有的优良性质同时，进行了合理的一步硼或硼氮掺杂，改善了纯石墨烯的超级电容特性，比电容最大有了较大提高；

（3）与传统化学气相沉积和化学剥离法等制备方法相比，本发明制备工艺简单、成本低廉、重现性好、易于应用；

（4）本发明利用多种碳源和硼或硼氮源进行燃烧合成反应制得掺硼或硼氮石墨烯，相对于传统的爆炸法及热反应法，危险系数显著降低，操作简单方便，原材料来源广泛，可以实现批量生产。

附图说明

图1为本发明实施例1所得掺硼石墨烯样品的扫描电子显微镜照片；

图2为本发明实施例1所得掺硼石墨烯样品的拉曼光谱；

图3为掺杂硼石墨烯的超级电容特性测试结果。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合，为了帮助理解本发明，以下用实例对本发明作进一步说明，本发明的保护范围由权利要求书来限定。

具体实施方式一：

（1）按质量百分比称取11.4%的硼酸，溶解在乙醇溶液中，然后按质量百分比称取33.2%镁粉和55.4%碳酸钙，并与硼酸溶液混合，在90摄氏度真空条件下将乙醇快速蒸发出去，得到混合粉体。

（2）将步骤（1）所得的粉体进行研磨，使其颗粒细小，混合均匀；

（3）将步骤（2）所得到的混合粉体进行燃烧合成反应，具体步骤如下：

a、将混合粉体100g置于1L坩埚中，并在混合粉体上方加入点火剂Fe₃O₄+Al；

b、然后将坩埚放入到20L的不锈钢燃烧合成反应器中，将燃烧合成反应装置内部抽真空；

c、在不锈钢燃烧合成反应器中通入二氧化碳，使坩埚和不锈钢燃烧合成反应器内部充满二氧化碳；

d、采用局部电热点火的方式，在螺旋状钨丝线圈中通以20 A直流电流，点燃点火剂Fe₃O₄+Mg，使混合粉体进行燃烧合成反应，在反应过程中保持通入二氧化碳，二氧化碳的通入速度为20L/min；

e、待燃烧合成反应结束后，停止通入二氧化碳，冷却至室温，取出反应产物；

（4）将燃烧产物放入质量百分含量为20％的盐酸中进行的酸洗，酸洗至酸洗液的pH值小于5后，用蒸馏水冲洗，至冲洗液为中性，在真空中进行干燥，得到掺杂硼的石墨烯粉体。

由图1可以看出燃烧合成的掺杂硼元素的石墨烯呈孔状结构，片层较薄。由图2可知，石墨烯典型的2D峰在2690cm^-1位置左右，D和G峰分别在1346cm^-1和1580cm^-1位置，可证明此产物为层数较薄的石墨烯。图3为掺杂硼石墨烯的超级电容特性测试结果，其中循环伏安法测得的结果中，电容特性良好且稳定。

具体实施方式二：

（1）按质量百分比称取20%的苯硼酸、30%镁粉和50%碳酸钙，得到混合粉体。

（2）将步骤（1）所得的粉体进行研磨，使其颗粒细小，混合均匀；

（3）将步骤（2）所得到的混合粉体进行燃烧合成反应，具体步骤如下：

a、将混合粉体1000g置于10L坩埚中，并在混合粉体上方加入点火剂MnO₂+Mg；

b、然后将坩埚放入到100L的不锈钢燃烧合成反应器中，将燃烧合成反应装置内部抽真空；

c、在不锈钢燃烧合成反应器中通入二氧化碳气体，使坩埚和不锈钢燃烧合成反应器内部充满二氧化碳气体；

d、采用局部电热点火的方式，在螺旋状钨丝线圈中通以20 A直流电流，点燃点火剂MnO₂+Mg，使混合粉体进行燃烧合成反应，在反应过程中保持通入二氧化碳气体，二氧化碳气体的通入速度为20L/min；

e、待燃烧合成反应结束后，停止通入二氧化碳气体，冷却至室温，取出反应产物；

（4）将燃烧产物放入质量百分含量为20％的盐酸中进行的酸洗，酸洗至酸洗液的pH值小于5后，用蒸馏水冲洗，至冲洗液为中性，在常压中进行干燥，得到掺杂硼的石墨烯粉体。

具体实施方式三：

（1）按质量百分比称取15%的硼酸铵、30%镁粉和45%碳酸钙和碳酸镁的混合物，得到混合粉体。

（2）将步骤（1）所得的粉体进行研磨，使其颗粒细小，混合均匀；

（3）将步骤（2）所得到的混合粉体进行燃烧合成反应，具体步骤如下：

a、将步骤二得到的混合粉100g体置于1L坩埚中，并在混合粉体上方加入点火剂Fe₃O₄+Al；

b、然后将坩埚放入到20L的不锈钢燃烧合成反应器中，将燃烧合成反应装置内部抽真空；

c、在不锈钢燃烧合成反应器中通入二氧化碳，使坩埚和不锈钢燃烧合成反应器内部充满二氧化碳；

d、采用高频感应点火的方式点燃点火剂Fe₃O₄+Al，使混合粉体进行燃烧合成反应，在反应过程中保持通入二氧化碳，二氧化碳的通入速度为20L/min；

e、待燃烧合成反应结束后，停止通入二氧化碳，冷却至室温，取出反应产物；

（4）将燃烧产物放入饱和氯化铵溶液中进行的酸洗，酸洗至酸洗液的pH值小于5后，用蒸馏水冲洗，至冲洗液为中性，在常压或真空中进行干燥，得到掺杂硼的石墨烯粉体。

具体实施方式四：

（1）按质量百分比称取10%的溴化硼、10%的硼酸钙、20%镁粉和60%碳酸钙，得到混合粉体。

（2）将步骤（1）所得的粉体进行研磨，混合均匀；

（3）将步骤（2）所得到的混合粉体进行燃烧合成反应，具体步骤如下：

a、将混合粉体100g置于1L坩埚中，并在混合粉体上方加入点火剂Cr₂O₃+Al；

b、然后将坩埚放入到20L的不锈钢燃烧合成反应器中，将燃烧合成反应装置内部抽真空；

c、在不锈钢燃烧合成反应器中通入氩气，使坩埚和不锈钢燃烧合成反应器内部充满氩气；

d、采用局部电热点火的方式，在螺旋状钨丝线圈中通以20 A直流电流，点燃点火剂Cr₂O₃+Al，使混合粉体进行燃烧合成反应，在反应过程中保持通入氩气，氩气的通入速度为20L/min；

e、待燃烧合成反应结束后，停止通入氩气，冷却至室温，取出反应产物；

（4）将燃烧产物放入质量百分含量为20％的盐酸中进行的酸洗，酸洗至酸洗液的pH值小于5后，用蒸馏水冲洗，至冲洗液为中性，在常压中进行干燥，得到掺杂硼的石墨烯粉体。

具体实施方式五：

（1）按质量百分比称取25%的硼嗪、25%镁粉和50%碳酸钙，得到混合粉体。

（2）将步骤（1）所得的粉体进行研磨，混合均匀；

（3）将步骤（2）所得到的混合粉体进行燃烧合成反应，具体步骤如下：

a、将步骤二得到的混合粉1000g体置于10L坩埚中，并在混合粉体上方加入点火剂Fe₃O₄+Mg；

b、然后将坩埚放入到20L的不锈钢燃烧合成反应器中，将燃烧合成反应装置内部抽真空；

c、在不锈钢燃烧合成反应器中通入二氧化碳，使坩埚和不锈钢燃烧合成反应器内部充满二氧化碳；

d、采用局部电热点火的方式，在螺旋状钨丝线圈中通以20 A直流电流，点燃点火剂Fe₃O₄+Mg，使混合粉体进行燃烧合成反应，在反应过程中保持通入二氧化碳，二氧化碳的通入速度为20L/min；

e、待燃烧合成反应结束后，停止通入二氧化碳，冷却至室温，取出反应产物；

（4）将燃烧产物放入质量百分含量为20％的硝酸中进行的酸洗，酸洗至酸洗液的pH值小于5后，用蒸馏水冲洗，至冲洗液为中性，在常压或真空中进行干燥，得到掺杂硼氮的石墨烯粉体。

具体实施方式六：

（1）按质量百分比称取15%的硼酸、10%的尿素、25%镁粉和50%碳酸钙，得到混合粉体。

（2）将步骤（1）所得的粉体进行研磨，混合均匀；

（3）将步骤（2）所得到的混合粉体进行燃烧合成反应，具体步骤如下：

a、将步骤二得到的混合粉100g体置于1L坩埚中，并在混合粉体上方加入点火剂Fe₃O₄+Al；

b、然后将坩埚放入到20L的不锈钢燃烧合成反应器中，将燃烧合成反应装置内部抽真空；

c、在不锈钢燃烧合成反应器中通入氩气，使坩埚和不锈钢燃烧合成反应器内部充满氩气；

d、采用局部电热点火的方式，在螺旋状钨丝线圈中通以25 A直流电流，点燃点火剂Fe₃O₄+Al，使混合粉体进行燃烧合成反应，在反应过程中氩气的通入速度为0L/min；

e、待燃烧合成反应结束后，停止通入氩气，冷却至室温，取出反应产物；

（4）将燃烧产物放入质量百分含量为20％的硝酸中进行的酸洗，酸洗至酸洗液的pH值小于5后，用蒸馏水冲洗，至冲洗液为中性，在真空中进行干燥，得到掺杂硼氮的石墨烯粉体。

具体实施方式七：

（1）按质量百分比称取20%的硼酸，溶解在乙醇溶液中，然后按质量百分比称取80%的镁粉，并与硼酸溶液混合，在90摄氏度真空条件下将乙醇快速蒸发出去，得到混合粉体。

（2）将步骤（1）所得的粉体进行研磨，使其颗粒细小，混合均匀；

（3）将步骤（2）所得到的混合粉体进行燃烧合成反应，具体步骤如下：

a、将混合粉体100g置于1L坩埚中，并在混合粉体上方加入点火剂Fe₃O₄+Al；

b、然后将坩埚放入到20L的不锈钢燃烧合成反应器中，将燃烧合成反应装置内部抽真空；

c、在不锈钢燃烧合成反应器中通入二氧化碳，使坩埚和不锈钢燃烧合成反应器内部充满二氧化碳，二氧化碳作为气体碳源；

d、采用局部电热点火的方式，在螺旋状钨丝线圈中通以20 A直流电流，点燃点火剂Fe₃O₄+Mg，使混合粉体进行燃烧合成反应，在反应过程中保持通入二氧化碳，二氧化碳的通入速率为100L/min；

e、待燃烧合成反应结束后，停止通入二氧化碳，冷却至室温，取出反应产物；

（4）将燃烧产物放入质量百分含量为20％的盐酸中进行的酸洗，酸洗至酸洗液的pH值小于5后，用蒸馏水冲洗，至冲洗液为中性，在常压中进行干燥，得到掺杂硼的石墨烯粉体。

Claims (7)

1.一种制备掺硼或硼氮石墨烯的方法，其特征在于所述方法步骤如下：

（1）将称取好的镁粉、固体碳源、硼或硼氮源混合均匀，得混合粉体，所述混合粉体中镁粉、固体碳源与硼或硼氮源的质量比为19.95~99：40~79.95：1~39.5；

（2）将步骤（1）所得到的混合粉体特定气氛下进行燃烧合成反应，反应产物经提纯后，得到掺硼或硼氮石墨烯；

所述特定气氛为二氧化碳、一氧化碳、氩气、氦气、氨气中的一种或几种；

所述固体碳源为葡萄糖、蔗糖、聚乙烯醇、酚醛树脂、纤维素中的一种或者几种；

所述硼源物质为硼化镁、氧化硼、硼酸钠、硼氢化锂、硼氢化钠、三乙酰氧基硼氢化钠、硼氢化钾、无水硼砂、四氟硼酸钠、四丁基硼氢化铵、六硼酸镁、硼酸酯、硼酸钙、偏硼酸钙、硼酸甘油、苯硼酸中的一种或几种；所述硼氮源物质为硼源物质与下列含氮物质中的一种或几种的混合物，其中：硼源物质为硼化镁、氧化硼、硼酸、硼酸钠、硼氢化锂、硼氢化钠、三乙酰氧基硼氢化钠、硼氢化钾、无水硼砂、四氟硼酸钠、四丁基硼氢化铵、六硼酸镁、溴化硼、硼酸酯、硼酸钙、偏硼酸钙、硼酸甘油、苯硼酸、硼吖嗪、硼酸铵中的一种或几种混合物，含氮物质为氨基脲、盐酸氨基脲、酰基脲、普鲁士蓝、氯化铵、碳酸铵、硫酸铵、聚乙酰胺、硝酸铵、三乙醇胺、二甲胺盐酸盐、苄基三乙基氯化铵、六次甲基四胺、苯二胺、吡咯、咪唑、咪唑啉、聚吡咯、三聚氰胺树脂、聚丙烯酰胺、十二胺、十八胺、乙二酰脲、马来酰脲、丙醇二酰脲、丙酮二酰脲、三异丙醇胺、二乙烯三胺、三乙烯二胺、四乙烯五胺、五乙烯六胺、N-乙酰基咪唑、3-氨基甲酰基苯硼酸、间氨基甲酰基苯硼酸、2-甲酰基吡啶、苯甲酰基吡啶 氨基葡萄糖、葡甲胺、哒嗪、三嗪、对氯苯胺、乙二胺、二甲基甲酰胺、环己胺中的一种或者几种。

2.根据权利要求1所述的制备掺硼或硼氮石墨烯的方法，其特征在于所述步骤（2）中燃烧合成反应按以下步骤进行操作：

a、将混合粉体置于坩埚内；

b、将坩埚放入燃烧合成反应装置中，向燃烧合成反应装置内通入0.1~5MPa的特定气氛，所述特定气氛为二氧化碳、一氧化碳、氩气、氦气、氨气中的一种或几种；

c、采用局部电热点火或局部高频感应加热的方式，点燃混合粉体，进行燃烧合成反应；

d、在反应过程中保持通入特定气氛，其通入速度为0~100m³/min；

e、待燃烧合成反应结束后，停止通入特定气氛，冷却至室温，取出燃烧合成反应产物。

3.根据权利要求2所述的制备掺硼或硼氮石墨烯的方法，其特征在于对于不易点燃的混合粉体，在混合粉体上铺加点火剂，点火剂为Fe₃O₄+Mg、MnO₂+Mg、Fe₃O₄+Al或Cr₂O₃+Al。

4.根据权利要求1所述的制备掺硼或硼氮石墨烯的方法，其特征在于所述步骤（2）中提纯按以下步骤进行操作：将燃烧合成产物粉体放入质量百分含量为10~37％的盐酸或10~30％的硝酸中进行酸洗、水洗、过滤，除去金属氧化物副产物，在常压或真空中进行干燥，得到掺硼或硼氮石墨烯粉体。

5.一种制备掺硼或硼氮石墨烯的方法，其特征在于所述方法步骤如下：

（1）将称取好的镁粉、硼或硼氮源混合均匀，得混合粉体，所述混合粉体中镁粉与硼或硼氮源的质量比为60.5~99：1~39.5；

（2）向步骤（1）所得到的混合粉体中通入气体碳源，进行燃烧合成反应，反应产物经提纯后，得到掺硼或硼氮石墨烯；

所述硼源物质为硼化镁、氧化硼、硼酸钠、硼氢化锂、硼氢化钠、三乙酰氧基硼氢化钠、硼氢化钾、无水硼砂、四氟硼酸钠、四丁基硼氢化铵、六硼酸镁、硼酸酯、硼酸钙、偏硼酸钙、硼酸甘油、苯硼酸中的一种或几种；所述硼氮源物质为硼源物质与下列含氮物质中的一种或几种的混合物，其中：硼源物质为硼化镁、氧化硼、硼酸、硼酸钠、硼氢化锂、硼氢化钠、三乙酰氧基硼氢化钠、硼氢化钾、无水硼砂、四氟硼酸钠、四丁基硼氢化铵、六硼酸镁、溴化硼、硼酸酯、硼酸钙、偏硼酸钙、硼酸甘油、苯硼酸、硼吖嗪、硼酸铵中的一种或两种混合物，含氮物质为氨基脲、盐酸氨基脲、酰基脲、普鲁士蓝、氯化铵、碳酸铵、硫酸铵、聚乙酰胺、硝酸铵、三乙醇胺、二甲胺盐酸盐、苄基三乙基氯化铵、六次甲基四胺、苯二胺、吡咯、咪唑、咪唑啉、聚吡咯、三聚氰胺树脂、聚丙烯酰胺、十二胺、十八胺、乙二酰脲、马来酰脲、丙醇二酰脲、丙酮二酰脲、三异丙醇胺、二乙烯三胺、三乙烯二胺、四乙烯五胺、五乙烯六胺、N-乙酰基咪唑、3-氨基甲酰基苯硼酸、间氨基甲酰基苯硼酸、2-甲酰基吡啶、苯甲酰基吡啶 氨基葡萄糖、葡甲胺、哒嗪、三嗪、对氯苯胺、乙二胺、二甲基甲酰胺、环己胺中的一种或者几种；

所述步骤（2）中燃烧合成反应按以下步骤进行操作：

a、将混合粉体置于坩埚内；

b、将坩埚放入燃烧合成反应装置中，向燃烧合成反应装置内通入0.1~5MPa的气体碳源，所述气体碳源为二氧化碳和/或一氧化碳，通入速度为0.01~100m³/min；

c、采用局部电热点火或局部高频感应加热的方式，点燃混合粉体，进行燃烧合成反应；

d、待燃烧合成反应结束后，停止通入气体碳源，冷却至室温，取出燃烧合成反应产物。

6.根据权利要求5所述的制备掺硼或硼氮石墨烯的方法，其特征在于对于不易点燃的混合粉体，在混合粉体上铺加点火剂，点火剂为Fe₃O₄+Mg、MnO₂+Mg、Fe₃O₄+Al或Cr₂O₃+Al。

7.根据权利要求5所述的制备掺硼或硼氮石墨烯的方法，其特征在于所述步骤（2）中提纯按以下步骤进行操作：将燃烧合成产物粉体放入质量百分含量为10~37％的盐酸或10~30％的硝酸中进行酸洗、水洗、过滤，除去金属氧化物副产物，在常压或真空中进行干燥，得到掺硼或硼氮石墨烯粉体。