CN108821265B - 一种以g-C3N4为模板制备石墨烯的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种以g‑C3N4为模板制备石墨烯的方法，包括以下步骤：将含碳化合物溶液和富氮化合物溶液混合，形成混合溶液，向所述混合溶液中加入金属盐溶液，混合搅拌形成待反应溶液；去除所述待反应溶液中的溶剂，收集固体产物并研磨成粉末状，得粉末状产物；将所述粉末状产物在N2氛围下升温至500～600℃并保温0.5～2h，然后继续升温至800～1100℃并再次保温0.5～2h，得到热解产物；对所述热解产物进行洗涤和干燥，得到石墨烯。本发明以含碳化合物和富氮化合物为前驱体，通过前驱体的螯合、g‑C3N4模板生成、含碳化合物在模板层间的碳化以及模板脱去等工艺，直接生成石墨烯，制备工艺主要包括前驱体的螯合和高温热解，制备过程简单、且便于操作。
Description
技术领域
本发明涉及石墨烯制备技术领域，特别涉及一种以g-C3N4为模板制备石墨烯的方法。
背景技术
石墨烯(GN)是一种由碳原子构成的具有单原子层厚度的二维晶体，碳原子之间以sp2杂化方式相互键合形成蜂窝状晶格网络。石墨烯的理论比表面积为2600m2·g-1，理论厚度为0.34nm，拉伸强度130GPa，是钢的100多倍，是目前世上最薄、最坚硬的纳米材料。单层石墨烯几乎是完全透明的，吸光率收2.3％，导热系数高达5300W·m-1·K-1，常温下电子迁移率15000cm2·V-1·S-1，而电导率仅约1.0×106S.cm-1。另外，石墨烯还具有室温量子霍尔效应及室温铁磁性等特殊性质，因而在能量存储、光电通信、航空航天等领域具有极大的潜在应用价值。
目前，石墨烯的制备方法分为一步法和二步法。一步法主要有化学气相沉积法和晶体外延生长法。化学气相沉积法以乙炔、乙烯、甲烷等碳氢化合物为碳源，在惰性气体(如N2、Ar)保护及H2的调节作用下，通过热解重组直接形成石墨烯。但该方法需要用到气相沉积设备，抽真空设备及表面波等离子体设备，这些设备价格昂贵，且操作条件苛刻，工业化应用受到了限制。晶体外延生长法是将SiC晶体加热至1000℃以上，通过硅原子的蒸发和碳原子的重组形成石墨烯，但这种方法所得的石墨烯尺寸较小，成本高昂，且在高温下所得石墨烯往往容易发生团聚。
相比于一步法而言，二步法的应用更为广泛，二步法通常以含碳化合物为碳源制备石墨，然后再以石墨为原料，借助机械剥离法、氧化还原法等方法，从石墨中获得石墨的基本单元，即石墨烯。其中，机械剥离法存在耗时多、所得石墨烯尺寸小等缺陷，无法实现工业化应用；氧化还原法利用层状化合物吸附碳源后在高温下炭化，即可获得高质量的石墨烯，虽然有利于工业化应用，克服了制备出的石墨烯在结构上的缺陷，但是仍然存在制备过程复杂的问题。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种以g-C3N4为模板制备石墨烯的方法，旨在解决现有石墨烯的制备方法存在制备过程复杂的问题。
为实现上述目的，本发明提出一种以g-C3N4为模板制备石墨烯的方法，包括以下步骤：
将含碳化合物溶液和富氮化合物溶液混合，形成混合溶液，向所述混合溶液中加入金属盐溶液，混合搅拌形成待反应溶液；
去除所述待反应溶液中的溶剂，收集固体产物并研磨成粉末状，得粉末状产物；
将所述粉末状产物在N2氛围下升温至500～600℃并保温0.5～2h，然后继续升温至800～1100℃并再次保温0.5～2h，得到热解产物；
对所述热解产物进行洗涤和干燥，得到石墨烯。
优选地，所述含碳化合物溶液包括葡萄糖溶液、果糖溶液和纤维素溶液中的至少一种；和/或，
所述葡萄糖溶液、果糖溶液或纤维素溶液的摩尔浓度均为 0.0125～0.125M。
优选地，所述富氮化合物溶液包括氰胺溶液、双氰胺溶液和三聚氰胺溶液中的至少一种；和/或，
所述氰胺溶液、双氰胺溶液或三聚氰胺溶液的摩尔浓度均为 0.0125～0.125M。
优选地，所述金属盐溶液包括FeCl3溶液、Co(NO3)2溶液和NiCl2溶液中的至少一种；和/或，
所述FeCl3溶液、Co(NO3)2溶液或NiCl2溶液的摩尔浓度均为 0.0125～0.125M。
优选地，所述含碳化合物溶液、富氮化合物溶液和金属盐溶液的溶剂均为水；或者，
所述含碳化合物溶液、富氮化合物溶液和金属盐溶液的溶剂均为水和乙醇的混合液，所述混合液中的水和乙醇的体积比为1：(1～3)。
优选地，将含碳化合物溶液和富氮化合物溶液混合，形成混合液，向所述混合液中加入金属盐溶液，混合搅拌形成待反应溶液的步骤中：
所述含碳化合物溶液、富氮化合物溶液和金属盐溶液的体积比为1： (0.1～5)：(0.01～0.5)。
优选地，将含碳化合物溶液和富氮化合物溶液混合，形成混合液，向所述混合液中加入金属盐溶液，混合搅拌形成待反应溶液的步骤中：
所述混合搅拌的搅拌时间为2～8h。
优选地，去除所述待反应溶液中的溶剂，收集固体产物并研磨成粉末状，得粉末状产物的步骤，具体包括：
将所述待反应溶液加热至50～75℃，蒸发去除所述待反应溶液中的溶剂，然后收集固体产物并研磨成粉末状，得粉末状产物。
优选地，将所述粉末状产物在N2氛围下升温至500～600℃并保温0.5～2h，然后继续升温至800～1100℃并再次保温0.5～2h，得到热解产物的步骤中：
所述粉末状的干燥产物在N2氛围下的升温速率为2～5℃/min。
本发明提供的技术方案中，以含碳化合物和富氮化合物作为前驱体，在 N2氛围下的第一次升温和保温的过程中，富氮化合物生成层状g-C3N4模板，同时含碳化合物插层在所述层状g-C3N4模板的层间；然后在N2氛围下的第二次升温和保温的过程中，含碳化合物在所述所述层状g-C3N4模板层间这一狭小空间碳化，而直接生成片状的石墨烯，同时，所述g-C3N4模板随着温度的不断升高而分解并脱去，从而获得生成有石墨烯的热解产物；也即，以含碳化合物和富氮化合物为前驱体，通过前驱体的螯合、g-C3N4模板生成、含碳化合物在模板层间的碳化以及模板脱去等工艺，直接生成石墨烯，制备工艺主要包括前驱体的螯合和高温热解，制备过程简单、且便于操作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅为本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明提供的以g-C3N4为模板制备石墨烯的方法的一实施例的流程示意图；
图2为本发明实施例1制得的石墨烯的SEM图；
图3为本发明实施例1制得的石墨烯的XRD图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
现有石墨烯的制备方法，最实用的是利用层状化合物吸附碳源后在高温下炭化获得高质量石墨烯的方法，但是此种方法仍然存在制备工艺较为复杂的问题，针对上述问题，本发明提出一种以g-C3N4为模板制备石墨烯的方法，简化了石墨烯的制备工艺，反应条件较为温和，且采用对环境污染较小的试剂或溶剂为原料，减少了对环境的污染，还降低了生产成本，图1所示为本发明提供的以g-C3N4为模板制备石墨烯的方法的一实施例。请参阅图1，在本实施例中，所述以g-C3N4为模板制备石墨烯的方法包括以下步骤：
步骤S10、将含碳化合物溶液和富氮化合物溶液混合，形成混合溶液，向所述混合溶液中加入金属盐溶液，混合搅拌形成待反应溶液；
所述富氮化合物为制备石墨烯提供含碳前驱体，以在高温下生成层状 g-C3N4模板，g-C3N4(类石墨相氮化碳)是一种近似石墨烯的平面二维片层结构，有两种基本单元，分别以三嗪环(C3N3)和3-s-三嗪环(C6N7)为基本结构单元无限延伸形成网状结构，二维纳米片层间通过范德华力结合，其可以选用含有三嗪结构的化合物，例如三聚氰氯、三聚氰胺等作为原料，通过固相反应法、溶剂热法、电化学沉积法或热聚合法等方法制得。在本发明实施例中，所述富氮化合物溶液可以同样选用含有三嗪结构的化合物进行配制，优选为氰胺溶液、双氰胺溶液和三聚氰胺溶液中的至少一种，既可以是上述三种溶液中的任意一种，也可以是其中的两种或三种的混合溶液，均可以在高温条件下反应生成g-C3N4模板。其中，所述氰胺溶液、双氰胺溶液或三聚氰胺溶液的摩尔浓度均为0.0125～0.125M，在此浓度范围内，所述葡萄糖溶液、果糖溶液和纤维素溶液的粘度适宜、易于配制，既避免了高浓度导致溶液粘度过高、不易分散的问题，也避免了低浓度导致溶液中的溶剂量过多，而使得在制备石墨烯过程中产生的废液较多的问题。
所述含碳化合物溶液为制备石墨烯提供含碳前驱体，在高温条件下插层待生成的g-C3N4模板的层间，所述含碳化合物溶液可以选用任意含有碳元素的化合物进行配制，优选为来源广泛、成本低廉的植物纤维或多糖，例如葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、淀粉等等，有利于降低石墨烯制备的原料成本。在本实施例中，所述含碳化合物溶液包括葡萄糖溶液、果糖溶液和纤维素溶液中的至少一种，既可以是上述三种溶液中的任意一种，也可以是其中的两种或三种的混合溶液，均可以实现为制备石墨烯提供含碳前驱体的目的。其中，所述葡萄糖溶液、果糖溶液或纤维素溶液的摩尔浓度均为0.0125～0.125M，在此浓度范围内，所述葡萄糖溶液、果糖溶液和纤维素溶液的粘度适宜、易于配制，既避免了高浓度导致溶液粘度过高、不易分散的问题，也避免了低浓度导致溶液中的溶剂量过多，而使得在制备石墨烯过程中产生的废液较多的问题。
所述金属盐溶液包括FeCl3溶液、Co(NO3)2溶液和NiCl2溶液中的至少一种，既可以是上述三种溶液中的任意一种，也可以是其中的两种或三种的混合溶液，而且所述FeCl3溶液、Co(NO3)2溶液或NiCl2溶液的摩尔浓度均为 0.0125～0.125M，在此浓度范围内，所述FeCl3溶液、Co(NO3)2溶液和NiCl2溶液的粘度适宜、易于配制，既避免了高浓度导致溶液粘度过高、不易分散的问题，也避免了低浓度导致溶液中的溶剂量过多，而使得在制备石墨烯过程中产生的废液较多的问题。
进一步地，所述含碳化合物溶液、富氮化合物溶液和金属盐溶液优选配制成水溶性溶液，以避免采用油溶性溶剂配制而使得在反应产物在后续去除溶剂的过程中溶剂不容易去除，且产生的废液量较大的问题，在本实施例中，可以选择水作为溶剂来配制所述含碳化合物溶液、富氮化合物溶液以及金属盐溶液，溶液配制方便且避免了有机溶剂对环境的污染。
或者，还可以向水中添加例如醇类溶剂或丙酮等，制成混合溶剂，有利于所述含碳化合物、富氮化合物以及金属盐在溶剂中的迅速溶解。在本发明提供的另一实施例中，所述含碳溶液和铁盐溶液的溶剂均为水和乙醇的混合液，所述混合液中的水和乙醇的体积比为1：(1～3)，如此，所述含碳溶液和铁盐溶液在配制时，溶质可以迅速且充分溶解，并且反应后的产物上残留的溶剂在洗涤时容易去除，产生的废液量较少，减少了废液的排放量以及对环境的污染；另一方面，水和乙醇也具有原料易得、价格低廉的优点，有利于降低石墨烯制备的原料成本。
在步骤S10实施时，可以采用本领域常规的搅拌方法(例如机械搅拌、磁力搅拌等方式)进行，搅拌的时间和方式不做限定，以上述三种溶液充分混合均匀为准。在本实施例中可以采用以下方式进行：将所述含碳化合物溶液和富氮化合物溶液按比例混合后，再向其中加入所述金属盐溶液，搅拌 2～8h，使三者充分混合均匀即形成所述待反应溶液；其中，所述含碳化合物溶液、富氮化合物溶液和金属盐溶液的体积比为1：(0.1～5)：(0.01～0.5)，在此配比范围内，所述富氮化合物所生成g-C3N4模板的量足以够所述含碳化合物插层于模板的层间，而又不会有大量剩余，避免了原料的浪费。
步骤S20、去除所述待反应溶液中的溶剂，收集固体产物并研磨成粉末状，得粉末状产物；
完成所述待反应溶液的配制后，再去除所述待反应溶液中的溶剂，则可以使所述含碳化合物溶液、富氮化合物溶液以及金属盐溶液中的含碳化合物、富氮化合物与金属盐充分混合均匀，相对于直接将上述三种化合物以固体物料混合的方式，本方法的混合效率更高。其中，去除所述待反应溶液中的溶剂可以重结晶或加热蒸发等方式，在本实施例中可采用以下方法进行：将所述待反应溶液加热至50～75℃，蒸发去除所述待反应溶液中的溶剂，然后收集固体产物并研磨成粉末状，得粉末状产物。采用加热蒸发去除溶剂的方式，操作更为简便；另一方面，由于所述待反应液中的溶剂为水和乙醇的混合液，加热至50～70℃即能使溶剂充分挥发，既能避免加热温度过低导致所需时间太长，又能避免加热温度过高带来不必要的能耗，降低了石墨烯制备的工艺成本。
步骤S30、将所述粉末状产物在N2氛围下升温至500～600℃并保温 0.5～2h，然后继续升温至800～1100℃并再次保温0.5～2h，得到热解产物；
在步骤S30中，升温至500～600℃并保温0.5～2h的过程中，富氮化合物生成层状g-C3N4模板，同时含碳化合物插层在所述层状g-C3N4模板的层间；然后在继续升温至800～1100℃并保温0.5～2h的过程中，含碳化合物在所述所述层状g-C3N4模板层间这一狭小空间碳化，而直接生成片状的石墨烯，同时，所述g-C3N4模板随着温度的不断升高而分解并脱去，从而获得生成有石墨烯的热解产物。
所述粉末状的干燥产物在N2氛围下的进行升温时，如果其升温速率太低，容易造成升温所需的时间太长，而如果升温速率太高，又不利于化合物在升温过程中反应完全，反而降低了反应效率甚至造成原料的浪费，在本实施例中，所述粉末状的干燥产物在N2氛围下的速率优选为2～5℃/min，可以在管式炉中进行，设备简单易得且成本低廉。
步骤S40、对所述热解产物进行洗涤和干燥，得到石墨烯。
制得所述热解产物后，去除其中除石墨烯以外其他残留的杂质，即可获得目标产物石墨烯，可以先用清水对所述热解产物进行洗涤，然后再干燥去除水分，即可获得反应生成的石墨烯，其中，对所述热解产物进行洗涤和干燥的过程为本领域中常用的对固体反应产物进行纯化的处理方式，在此不做详细赘述。
本发明提供的技术方案中，在N2氛围下的第一次升温和保温的过程中，碳源前驱体生成层状g-C3N4模板，同时富氮前驱体插层在所述层状g-C3N4模板的层间；然后在N2氛围下的第二次升温和保温的过程中，富氮前驱体在所述所述层状g-C3N4模板层间这一狭小空间碳化，而直接生成片状的石墨烯，同时，所述g-C3N4模板随着温度的不断升高而分解并脱去，从而获得生成有石墨烯的热解产物，最后将热解产物进行洗涤、干燥后即获得石墨烯；也即，本发明以含碳化合物和富氮化合物为前驱体，通过前驱体的螯合、g-C3N4模板生成、模板层间的碳化以及模板脱去等工艺，直接生成石墨烯，制备工艺主要包括前驱体的螯合和高温热解，具有制备工艺简便、反应条件温和且便于操作的优点；而且在制备过程中所使用的设备为常用设备，价格低廉，所使用的试剂和溶剂也均为来源广泛、价格低廉且对环境污染小的原料，减少了石墨烯制备过程中对环境的污染并降低了生产成本。
以下结合具体实施例和附图对本发明的技术方案作进一步详细说明，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
(1)将5mL浓度为0.1M的葡萄糖溶液和22.5mL浓度为0.05M的双氰胺溶液混合均匀，再加入2mL浓度为0.01M的FeCl3溶液，得待反应溶液；
(2)将待反应溶液在常温下用40Hz的磁力搅拌器不断搅拌5h后，再加热至70℃蒸发掉溶剂，收集固体产物并研磨成粉末状，得粉末状固体产物；
(3)将粉末状固体产物置于管式炉中，在N2气氛下以5℃/min的速率升温至600℃，保温1h；然后继续以5℃/min的速率升温至900℃，保温1h，得热解产物。
(4)将热解产物用清水洗涤后干燥，得目的产物石墨烯。
实施例2
(1)将10mL浓度为0.05M的葡萄糖溶液和10mL浓度为0.1M的三聚氰胺溶液混合均匀，再加入1mL浓度为0.0125M的FeCl3溶液，得待反应溶液；
(2)将待反应溶液在常温下用40Hz的磁力搅拌器不断搅拌8h后，再加热至70℃蒸发掉溶剂，收集固体产物并研磨成粉末状，得粉末状固体产物；
(3)将粉末状固体产物置于管式炉中，在N2气氛下以3℃/min的速率升温至600℃，保温1h；然后继续以3℃/min的速率升温至1100℃，保温1h，得热解产物。
(4)将热解产物用清水洗涤后干燥，得目的产物石墨烯。
实施例3
(1)将7mL浓度为0.05M的果糖溶液和21mL浓度为0.05M的双氰胺溶液混合均匀，再加入2mL浓度为0.05M的Co(NO3)2溶液，得待反应溶液；
(2)将待反应溶液在常温下用40Hz的磁力搅拌器不断搅拌2h后，再加热至60℃蒸发掉溶剂，收集固体产物并研磨成粉末状，得粉末状固体产物；
(3)将粉末状固体产物置于管式炉中，在N2气氛下以5℃/min的速率升温至600℃，保温1h；然后继续以5℃/min的速率升温至800℃，保温1h，得热解产物。
(4)将热解产物用清水洗涤后干燥，得目的产物石墨烯。
实施例4
(1)将20mL浓度为0.0125M的纤维素溶液和2mL浓度为0.125M的氰胺溶液混合均匀，再加入10mL浓度为0.1M的NiCl2溶液，得待反应溶液；
(2)将待反应溶液在常温下用40Hz的磁力搅拌器不断搅拌4h后，再加热至50℃蒸发掉溶剂，收集固体产物并研磨成粉末状，得粉末状固体产物；
(3)将粉末状固体产物置于管式炉中，在N2气氛下以4℃/min的速率升温至500℃，保温2h；然后继续以4℃/min的速率升温至900℃，保温2h，得热解产物。
(4)将热解产物用清水洗涤后干燥，得目的产物石墨烯。
实施例5
(1)将5mL浓度为0.125M的葡萄糖溶液和25mL浓度为0.0125M的双氰胺溶液混合均匀，再加入0.05mL浓度为0.125M的FeCl3溶液，得待反应溶液；
(2)将待反应溶液在常温下用40Hz的磁力搅拌器不断搅拌5h后，再加热至70℃蒸发掉溶剂，收集固体产物并研磨成粉末状，得粉末状固体产物；
(3)将粉末状固体产物置于管式炉中，在N2气氛下以4℃/min的速率升温至550℃，保温0.5h；然后继续以4℃/min的速率升温至1000℃，保温0.5h，得热解产物。
(4)将热解产物用清水洗涤后干燥，得目的产物石墨烯。
以实施例1为例，通过对制备的石墨烯的SEM图(扫描电子显微镜拍摄的表面微观结构)以及XRD图(X射线衍射图谱)进行分析，验证本发明实施例提供的石墨烯制备方法所制备的石墨烯的结构，图2和图3所示分别为实施例1制备的石墨烯的SEM图和XRD图。
由图2可知，石墨烯样品表面出现了卷曲，褶皱起伏，呈花瓣状，花瓣的尺寸主要在500nm左右，呈现不同层次的透明度，局部如半透明薄纱。此外，石墨烯样品表面未发现其它杂质或者无定形碳，说明制备的石墨烯样品纯度高，结晶性好。
由图3可知，在22.3°左右出现了石墨烯宽阔明显的(002)晶面的特征衍射峰，40.2°左右出现了石墨烯(100)晶面的特征衍射峰，这是由于与石墨相比较，石墨烯表面卷曲，褶皱起伏，层间距要大于石墨的层间距，因此衍射峰出现了左移。此外，在13.1°和27.5°未出现g-C3N4的特征衍射峰，说明g-C3N4 模板在高温下分解的较为彻底。
综上所述，本发明实施例提供的石墨烯的制备方法，以含碳化合物和富氮化合物为前驱体，通过前驱体的螯合、g-C3N4模板生成、模板层间的碳化以及模板脱去等工艺，成功制备出高质量的石墨烯，其制备工艺主要包括前驱体的螯合和高温热解，具有制备工艺简便、反应条件温和且便于操作的优点，解决了现有石墨烯制备方法存在的制备工艺复杂的问题。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种以g-C3N4为模板制备石墨烯的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将含碳化合物溶液和富氮化合物溶液混合，形成混合溶液，向所述混合溶液中加入金属盐溶液，混合搅拌形成待反应溶液；
去除所述待反应溶液中的溶剂，收集固体产物并研磨成粉末状，得粉末状产物；
将所述粉末状产物在N2氛围下升温至500～600℃并保温0.5～2h，然后继续升温至800～1100℃并再次保温0.5～2h，得到热解产物；
对所述热解产物进行洗涤和干燥，得到石墨烯；
其中，所述金属盐溶液包括FeCl3溶液、Co(NO3)2溶液和NiCl2溶液中的至少一种，所述含碳化合物溶液包括葡萄糖溶液、果糖溶液和纤维素溶液中的至少一种，所述富氮化合物溶液包括氰胺溶液、双氰胺溶液和三聚氰胺溶液中的至少一种。
2.如权利要求1所述的以g-C3N4为模板制备石墨烯的方法，其特征在于，所述葡萄糖溶液、果糖溶液或纤维素溶液的摩尔浓度均为0.0125～0.125M。
3.如权利要求1所述的以g-C3N4为模板制备石墨烯的方法，其特征在于，所述氰胺溶液、双氰胺溶液或三聚氰胺溶液的摩尔浓度均为0.0125～0.125M。
4.如权利要求1所述的以g-C3N4为模板制备石墨烯的方法，其特征在于，所述FeCl3溶液、Co(NO3)2溶液或NiCl2溶液的摩尔浓度均为0.0125～0.125M。
5.如权利要求1至4任意一项所述的以g-C3N4为模板制备石墨烯的方法，其特征在于，所述含碳化合物溶液、富氮化合物溶液和金属盐溶液的溶剂均为水；或者，
所述含碳化合物溶液、富氮化合物溶液和金属盐溶液的溶剂均为水和乙醇的混合液，所述混合液中的水和乙醇的体积比为1：(1～3)。
6.如权利要求1所述的以g-C3N4为模板制备石墨烯的方法，其特征在于，将含碳化合物溶液和富氮化合物溶液混合，形成混合液，向所述混合液中加入金属盐溶液，混合搅拌形成待反应溶液的步骤中：
所述含碳化合物溶液、富氮化合物溶液和金属盐溶液的体积比为1：(0.1～5)：(0.01～0.5)。
7.如权利要求1所述的以g-C3N4为模板制备石墨烯的方法，其特征在于，将含碳化合物溶液和富氮化合物溶液混合，形成混合液，向所述混合液中加入金属盐溶液，混合搅拌形成待反应溶液的步骤中：
所述混合搅拌的搅拌时间为2～8h。
8.如权利要求1所述的以g-C3N4为模板制备石墨烯的方法，其特征在于，去除所述待反应溶液中的溶剂，收集固体产物并研磨成粉末状，得粉末状产物的步骤，具体包括：
将所述待反应溶液加热至50～75℃，蒸发去除所述待反应溶液中的溶剂，然后收集固体产物并研磨成粉末状，得粉末状产物。
9.如权利要求1所述的以g-C3N4为模板制备石墨烯的方法，其特征在于，将所述粉末状产物在N2氛围下升温至500～600℃并保温0.5～2h，然后继续升温至800～1100℃并再次保温0.5～2h，得到热解产物的步骤中：
所述粉末状的干燥产物在N2氛围下的升温速率为2～5℃/min。
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