CN106435632A - 一种硼掺杂石墨烯的制备方法 - Google Patents

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蒋邦邦
雷琦
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Abstract

一种硼掺杂石墨烯的制备方法，包括以下步骤：（1）将NaCl–KCl和碳化硼放入三向电极石英玻璃容器中，密闭好后再放入立式管式炉中，真空，升温至520‑800℃，氩气气氛中融化5‑15分钟；（2）保持融化温度，常压下，将工作电极浸入NaCl–KCl熔融盐中，700℃，电解30‑60min；（3）将NaCl–KCl熔融盐倒至氧化铝坩埚中冷却至室温后，加蒸馏水，使固化盐全部溶解；用盖玻片将浮在溶液上面的硼掺杂石墨烯捞出，放入去离子水中，换水三次后，烘干，得硼掺杂石墨烯。本发明制备工艺简单，且较节能、廉价；所制备硼掺杂石墨烯的具有优异的光学和电学性能，且结构稳定，性能佳。

Description

一种硼掺杂石墨烯的制备方法
技术领域
本发明属于功能材料领域。涉及硼掺杂石墨烯及其制备方法。
背景技术
近年来，人们提出对碳材料进行元素掺杂改性，通过引入杂原子改变碳材料的表面性质，改善碳材料的导电性和极性的活性位点。硼的电负性弱于碳， 且作为缺电子元素，硼掺杂能增加碳材料的吸电子性和增强材料的固硫力，提高了碳材料的导电性， 有利于改善锂硫电池的倍率性能。且引入的极性活性位点改善了碳材料无极性的性质， 可以加强碳材料和活性物质硫之间的亲附力。硼掺杂石墨烯合成的一种创新方法是化学气相碳和硼源的共沉积。聚苯乙烯和硼酸可作为固体的前体，或者甲烷和乙硼烷作为气态前体，在铜箔上生长硼石墨烯。由固体前驱体或者气相前驱体合成硼掺杂石墨烯是一种有效的方法，在相对较低成本下可以生长硼掺杂石墨烯，并且制备的石墨烯具有优异的光学和电学性能。不过，由于仍然存在能耗大和需要去除铜基等问题，因此，探索经济、有效、可控硼掺杂石墨烯一直是一个技术难点。
发明内容
本发明的目的是提出了一种新的硼掺杂石墨烯的制备方法，以提高石墨烯的光学和电学性能。
本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明所述的一种硼掺杂石墨烯的制备方法，包括以下步骤。
（1）将NaCl–KCl和碳化硼放入三向电极石英玻璃容器中，密闭好后再放入立式管式炉中，连续抽真空条件下加热升温至融化温度520-800℃，再通入氩气，在氩气气氛中融化5-15分钟。
（2）保持步骤（1）的融化温度，在常压条件下，将工作电极浸入NaCl–KCl熔融盐中，进行电解，电解温度为700℃，时间为30-60min，电解时生成的硼掺杂石墨烯混入在NaCl–KCl熔融盐中。
（3）电解结束后，将NaCl–KCl熔融盐倒至氧化铝坩埚中冷却至室温后，加入蒸馏水，使固化盐全部溶解，此时生成的硼掺杂石墨烯会漂浮在溶液上面。用盖玻片将浮在溶液上面的硼掺杂石墨烯捞出，放入去离子水中，换水三次后，放入烘箱，便得到了硼掺杂石墨烯。
本发明步骤（1）中所用的氯化物是钠-钾混合物，摩尔质量是氯化钾0.66mol和氯化钠0.34mol。
步骤（1）所述的碳化硼的质量百分比含量是0.1-1％；氩气流量为1-100sccm；抽真空时间为30min。
本发明步骤（2）中工作电极直径是0.1mm，纯度为99.99％的铂丝电极；融化温度为1700℃；电解电压为1.5-2.5V。
本发明是在用氯化银作参比电极和含有三个电极的高温石英电池中进行该实验的。
本发明所提供的生长硼掺杂石墨烯既可作为电极材料，又可以作为储能和光催化材料用于能量储存和光催化转换。
本发明提出了一种全新的方法来合成硼掺杂石墨烯，它是基于电化学法，在含有熔融碱金属卤化物电解质铂的表面上氧化碳化硼。硼掺杂石墨烯仅发生在铂或锆阳电极的表面。
本发明的技术效果是：（1）本发明制备工艺简单，且较节能、廉价；（2）本发明所制备硼掺杂石墨烯的具有优异的光学和电学性能；（3）本发明所得到的硼掺杂石墨烯结构稳定，性能佳；（4）本发明可制备三层及双层大面积无缺陷硼掺杂石墨烯薄膜。
附图说明
图1为发明制备硼掺杂石墨烯的原理示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
下面实施例中所述方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述材料试剂，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1。
（1）氯化盐混合物初融。
将固体氯化盐混合物放在氧化铝坩埚中进行加热，当固体刚刚熔化时，立即停止加热。
（2）生长硼掺杂石墨烯。
将初融氯化物和碳化硼放置在三向电极石英玻璃容器中，容器中自带一个氯化银参比电极、辅助电极热电偶和工作电极，碳化硼中硼的质量含量为10.16%，石英玻璃容器用真空橡胶塞密闭。实验前，工作电极未浸入NaCl–KCl中。在连续抽真空条件下加热升温至融化温度700℃，再通入氩气，流量为50sccm，在此惰性气氛中融化10min，然后在常压条件下，将工作电极浸入NaCl–KCl熔融盐里，进行电解，电解温度为700℃，时间为60mi。实验结束后，将NaCl–KCl熔融物倒入坩埚中冷却至室温后，加入蒸馏水，使固化盐全部溶解，此时生成的硼掺杂石墨烯会漂浮在溶液上面。用盖玻片将浮在溶液上面的硼掺杂石墨烯捞出，放入去离子水中，换水三次后，放入烘箱，便得到了硼掺杂石墨烯。 将所制备的硼掺杂石墨烯涂在电极的表面进行性能测试，可获得 大约500mAh·g -1 的放电比容量的倍率性能 ，表现了优良的大电流放电能力。
实施例2。
按实施例1中的制备方法，不同的是碳化硼中硼的质量含量是12.56%，融化温度800℃，氩气，流量为100sccm，融化5min,电解时间为50min。可获得 大约540mAh·g -1 的放电比容量的倍率性能。
实施例3。
按实施例1中的制备方法，不同的是碳化硼中硼的质量含量是54.00%,融化温度600℃，氩气，流量为200sccm，融化8min,电解时间为45min。 可获得 大约640mAh·g -1 的放电比容量的倍率性能。

Claims (4)

1.一种硼掺杂石墨烯的制备方法，其特征是包括以下步骤：
（1）将NaCl–KCl和碳化硼放入三向电极石英玻璃容器中，密闭好后再放入立式管式炉中，连续抽真空条件下加热升温至融化温度520-800℃，再通入氩气，在氩气气氛中融化5-15分钟；
（2）保持步骤（1）的融化温度，在常压条件下，将工作电极浸入NaCl–KCl熔融盐中，进行电解，电解温度为700℃，时间为30-60min，电解时生成的硼掺杂石墨烯混入在NaCl–KCl熔融盐中；
（3）电解结束后，将NaCl–KCl熔融盐倒至氧化铝坩埚中冷却至室温后，加入蒸馏水，使固化盐全部溶解，此时生成的硼掺杂石墨烯会漂浮在溶液上面；用盖玻片将浮在溶液上面的硼掺杂石墨烯捞出，放入去离子水中，换水三次后，放入烘箱烘干，得硼掺杂石墨烯。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是步骤（1）中所用的NaCl–KCl中氯化钾为0.66mol、氯化钠为0.34mol。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是步骤（1）所述的碳化硼的质量百分比含量是0.1-1％；氩气流量为1-100sccm；抽真空时间为30min。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是步骤（2）中工作电极直径是0.1mm，纯度为99.99％的铂丝电极；融化温度为1700℃；电解电压为1.5-2.5V。
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