CN110155991A - 一种氧化还原石墨烯和氮掺杂石墨烯的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氧化还原石墨烯和氮掺杂石墨烯的制备方法。本发明以常见易制备的氧化石墨烯为原料，介电材料（硅片、氧化镁、氧化铝）或铜箔为基底，在CVD还原过程中，引入液态碳源（乙醇或吡啶或乙腈），最终获得高质量的氧化还原石墨烯和氮掺杂石墨烯。本发明可控简易，适用于大面积大规模生产。

Description

一种氧化还原石墨烯和氮掺杂石墨烯的制备方法
技术领域
本发明涉及二维材料的制备，尤其是一种液态碳源辅助CVD制备的方法，可以规模化利用，批量制备高质量氧化还原石墨烯和氮掺杂石墨烯。
背景技术
石墨烯（Graphene）是一种由单层或数层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状结构的碳质新材料，在光学、电学、热力学等方面性能优异，拥有广阔的应用前景。石墨烯的制备方法很多，如机械剥离法、液相剥离法、化学气相沉积、外延生长、氧化还原等等。其中氧化还原适用于大规模生产，产量较高，成本较低，但与其他几种方法相比，生产出的石墨烯缺陷较多。
但由于石墨烯是一种零带隙的材料，阻碍了其在半导体领域的应用。而异质原子掺杂的方法如氮原子掺杂等，可以有效调控石墨烯的能带结构，从而影响电学，光学，电化学等性质，进一步拓展其应用。CVD(化学气相沉积)是目前制备大面积掺杂石墨烯的常用方法，可以得到大面积掺杂较为均匀的掺杂石墨烯。但在高温条件（900℃）时，碳原子优先与碳原子成键而不是氮原子，其氮掺杂含量一般较低。此外，使用铜箔作为基底生长后，转移工作必不可少，成为其大规模制备应用的一大障碍。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用液态碳源（分析纯乙醇或吡啶或乙腈等），在介电衬底和铜箔上，制备氧化还原石墨烯和氮掺杂石墨烯的方法，所制得的氮掺杂石墨烯具有良好的掺杂效果，无需转移过程，可以用于各个领域。
实现本发明目的的具体技术方案是：
一种利用液态碳源（分析纯乙醇或吡啶或乙腈等）制备氧化还原石墨烯和氮掺杂石墨烯的方法，具体包括以下步骤：
步骤1：取1～100平方厘米，厚度为50～500微米的介电材料（硅片或氧化镁或氧化铝等）或铜箔，将其依次放入洁净的分析纯醋酸、丙酮、异丙醇中超声清洗5分钟，每次超声清洗后均用去离子水冲洗，并置于真空干燥箱烘干；
步骤2：取步骤1得到的材料作为基底，在表面旋涂1-5mg/ml氧化石墨烯乙醇分散液；
步骤3：将步骤2表面均匀铺有氧化石墨烯薄膜的基底放置于管式炉中，首先通入氢气10sccm升温至800℃～1050℃，然后再同时通入液态碳源（分析纯乙醇）1～15sccm，反应30-60分钟后在氢气或氩气的环境中降至室温；制得所述氧化还原石墨烯；
步骤4：将步骤2表面均匀铺有氧化石墨烯薄膜的基底放置于管式炉中，首先通入氢气10sccm升温至700℃～1050℃，然后再同时通入液态碳源（分析纯吡啶或乙腈等）1～15sccm，反应30-60分钟后在氢气或氩气的环境中降至室温；制得所述氮掺杂石墨烯；
一种上述所述方法制得的氧化还原石墨烯和氮掺杂石墨烯。
与传统还原方式相比，使用液态碳源（分析纯乙醇或吡啶或乙腈等）辅助CVD制备氧化还原石墨烯和氮掺杂石墨烯最大的优势是能够在介电衬底上进行，在拥有良好掺杂效果的情况下，避免了后续的转移工作。
附图说明
图1为本发明以乙醇为碳源制备得到氧化还原石墨烯的拉曼图；
图2为本发明以吡啶为碳源制备得到氮掺杂石墨烯的XPS图。
具体实施方式
实施例1
1)所用氧化石墨烯采用改进Hummers方法制得。首先用分析纯乙醇配制出浓度为1mg/mL的氧化石墨烯分散液，超声处理1h后，将分散液进行多次离心(3000r/min)操作，最终得到均匀稳定的氧化石墨烯分散液。
2) 取10平方厘米的铜箔，将铜箔依次放入洁净的分析纯醋酸、丙酮、异丙醇中超声清洗5分钟，然后分别用去离子水冲洗，并置于真空干燥箱烘干待用。
3)在超声洗净的培养皿中倒入去离子水，然后抽取1ml配置的1mg/mL氧化石墨烯分散液，缓慢滴入此玻璃容器中，静置3min。然后将铜箔以一定角度插入水面，缓缓捞出，就可以利用气液界面自组装工艺，在铜箔基底上得到平整的氧化石墨烯薄膜。
4)将上述铺有氧化石墨烯薄膜的铜箔放置于管式炉中，首先通入氢气10sccm升温至1000℃，然后再同时通入分析纯乙醇10sccm，反应1小时后，在氢气或者氩气的环境中降至室温，制得所述的氧化还原石墨烯。参阅图1，可以从图中明显看到石墨烯特有的G峰和2D峰。虽然有缺陷峰D的存在，但还原效果显著，制备过程简易可控。
实施例2
1)所用氧化石墨烯采用改进Hummers方法制得。首先用分析纯乙醇配制出浓度为1mg/mL的氧化石墨烯分散液，超声处理1h后，将分散液进行多次离心(3000r/min)操作，最终得到均匀稳定的氧化石墨烯分散液。
2) 取10平方厘米的介电材料（硅片或氧化镁或氧化铝等）作为基底，将其分别放入洁净的分析纯醋酸、丙酮、异丙醇中超声清洗5分钟，然后分别用去离子水冲洗，并置于真空干燥箱烘干待用。
3)将清洗完毕的基底放置在旋涂仪器上，然后抽取1ml配置的1mg/mL氧化石墨烯分散液，缓慢滴在此基底上，先以2000r/min的速度旋涂30s，再以3000r/min的速度旋涂30s，最后得到均匀分布的氧化石墨烯碎片。
4)将上述铺有氧化石墨烯碎片的基底放置于管式炉中，首先通入氢气10sccm升温至1000℃，然后再同时通入液态碳源（分析纯吡啶）10sccm，反应1小时后，在氢气或氩气的环境中降至室温，制得所述的氮掺杂石墨烯。参阅图2，经过分峰拟合处理，可以明显看到氮掺杂石墨烯三种特有结合键的存在—吡啶氮、吡咯氮和石墨氮。使用液态碳源来制备氮掺杂石墨烯，方法简易效率高，且具有良好的掺杂效果，应用前景广阔。
实施例3
1)所用氧化石墨烯采用改进Hummers方法制得。首先用分析纯乙醇配制出浓度为1mg/mL的氧化石墨烯分散液，超声处理1h后，将分散液进行多次离心(3000r/min)操作，最终得到均匀稳定的氧化石墨烯分散液。
2) 取10平方厘米的铜箔，将铜箔依次放入洁净的分析纯醋酸、丙酮、异丙醇中超声清洗5分钟，然后分别用去离子水冲洗，并置于真空干燥箱烘干待用。
3)将清洗完毕的基底放置在旋涂仪器上，然后抽取1ml配置的1mg/mL氧化石墨烯分散液，缓慢滴在此基底上，先以2000r/min的速度旋涂30s，再以3000r/min的速度旋涂30s，最后得到均匀分布的氧化石墨烯碎片。
4)将上述铺有氧化石墨烯碎片的铜箔放置于管式炉中，首先通入氢气10sccm升温至1000℃，然后再同时通入液态碳源（分析纯乙腈）10sccm，反应1小时后，在氢气或氩气的环境中降至室温，制得所述的氮掺杂石墨烯。

Claims (2)

1.一种氧化还原石墨烯和氮掺杂石墨烯的制备方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：
步骤1：取1～100平方厘米，厚度为50～500微米的介电材料或铜箔，将其依次放入分析纯醋酸、丙酮及异丙醇中超声清洗5分钟，每次超声清洗后均用去离子水冲洗，并置于真空干燥箱烘干；
步骤2：取步骤1得到的材料作为基底，在表面旋涂1-5mg/ml氧化石墨烯乙醇分散液；
步骤3：将步骤2表面均匀铺有氧化石墨烯薄膜的基底放置于管式炉中，首先通入氢气10sccm升温至800℃～1050℃，然后再同时通入液态碳源即分析纯乙醇1～15sccm，反应30-60分钟后在氢气或氩气的环境中降至室温；制得所述氧化还原石墨烯；
步骤4：将步骤2表面均匀铺有氧化石墨烯薄膜的基底放置于管式炉中，首先通入氢气10sccm升温至700℃～1050℃，然后再同时通入液态碳源即分析纯吡啶或乙腈1～15sccm，反应30-60分钟后在氢气或氩气的环境中降至室温；制得所述氮掺杂石墨烯；其中，
所述介电材料为硅片、氧化镁或氧化铝。
2.一种权利要求1所述方法制得的氧化还原石墨烯和氮掺杂石墨烯。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111081532A (zh) * 2019-11-22 2020-04-28 华侨大学 一种制备半导体石墨晶圆的方法及其应用
CN111498836A (zh) * 2020-03-27 2020-08-07 华东师范大学 氮掺杂还原氧化石墨烯场发射阴极的制备方法
CN111707720A (zh) * 2020-07-13 2020-09-25 重庆文理学院 一种纳米银/吡啶功能化石墨烯修饰电极的制备和应用
CN113148990A (zh) * 2021-05-19 2021-07-23 重庆交通大学 基于气液界面的氧化石墨烯还原自组装薄膜制备方法

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102120572A (zh) * 2011-01-24 2011-07-13 南京大学 一种氮掺杂石墨烯的制备方法
CN102815695A (zh) * 2012-08-02 2012-12-12 许子寒 一种低成本大面积石墨烯透明导电膜制备方法
CN102953118A (zh) * 2012-11-12 2013-03-06 北京大学 一种单晶石墨烯pn结及其制备方法
WO2014182540A1 (en) * 2013-05-09 2014-11-13 Sunedison Semiconductor Pte. Ltd. Direct and sequential formation of monolayers of boron nitride and graphene on substrates
CN105800602A (zh) * 2016-03-07 2016-07-27 华东师范大学 铜颗粒远程催化直接在绝缘衬底上生长石墨烯的方法
CN105883781A (zh) * 2016-03-09 2016-08-24 王祉豫 一种大面积还原氧化石墨烯膜的制备方法
CN106148910A (zh) * 2015-04-03 2016-11-23 中国科学院上海高等研究院 一种氮掺杂石墨烯薄膜的制备方法
CN106629675A (zh) * 2016-09-28 2017-05-10 上海理工大学 一种高导热柔性石墨烯薄膜的制备方法
CN107032331A (zh) * 2017-04-26 2017-08-11 江苏科技大学 一种基于绝缘基底的石墨烯制备方法
CN107986267A (zh) * 2017-11-14 2018-05-04 中国电子科技集团公司第三十三研究所 一种还原氧化石墨烯粉末提质改性的方法及其加热炉
CN109019571A (zh) * 2017-06-12 2018-12-18 中国科学院上海高等研究院 层数可控氮掺杂石墨烯的制备方法
CN109534328A (zh) * 2017-09-22 2019-03-29 天津大学 一种二维氮掺杂石墨烯及其制备方法

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102120572A (zh) * 2011-01-24 2011-07-13 南京大学 一种氮掺杂石墨烯的制备方法
CN102815695A (zh) * 2012-08-02 2012-12-12 许子寒 一种低成本大面积石墨烯透明导电膜制备方法
CN102953118A (zh) * 2012-11-12 2013-03-06 北京大学 一种单晶石墨烯pn结及其制备方法
WO2014182540A1 (en) * 2013-05-09 2014-11-13 Sunedison Semiconductor Pte. Ltd. Direct and sequential formation of monolayers of boron nitride and graphene on substrates
CN106148910A (zh) * 2015-04-03 2016-11-23 中国科学院上海高等研究院 一种氮掺杂石墨烯薄膜的制备方法
CN105800602A (zh) * 2016-03-07 2016-07-27 华东师范大学 铜颗粒远程催化直接在绝缘衬底上生长石墨烯的方法
CN105883781A (zh) * 2016-03-09 2016-08-24 王祉豫 一种大面积还原氧化石墨烯膜的制备方法
CN106629675A (zh) * 2016-09-28 2017-05-10 上海理工大学 一种高导热柔性石墨烯薄膜的制备方法
CN107032331A (zh) * 2017-04-26 2017-08-11 江苏科技大学 一种基于绝缘基底的石墨烯制备方法
CN109019571A (zh) * 2017-06-12 2018-12-18 中国科学院上海高等研究院 层数可控氮掺杂石墨烯的制备方法
CN109534328A (zh) * 2017-09-22 2019-03-29 天津大学 一种二维氮掺杂石墨烯及其制备方法
CN107986267A (zh) * 2017-11-14 2018-05-04 中国电子科技集团公司第三十三研究所 一种还原氧化石墨烯粉末提质改性的方法及其加热炉

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
付长璟: "《石墨烯的制备、结构及应用》", 30 June 2017, 哈尔滨工业大学出版社 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111081532A (zh) * 2019-11-22 2020-04-28 华侨大学 一种制备半导体石墨晶圆的方法及其应用
CN111081532B (zh) * 2019-11-22 2023-03-07 华侨大学 一种制备半导体石墨晶圆的方法及其应用
CN111498836A (zh) * 2020-03-27 2020-08-07 华东师范大学 氮掺杂还原氧化石墨烯场发射阴极的制备方法
CN111707720A (zh) * 2020-07-13 2020-09-25 重庆文理学院 一种纳米银/吡啶功能化石墨烯修饰电极的制备和应用
CN113148990A (zh) * 2021-05-19 2021-07-23 重庆交通大学 基于气液界面的氧化石墨烯还原自组装薄膜制备方法
CN113148990B (zh) * 2021-05-19 2022-08-30 重庆交通大学 基于气液界面的氧化石墨烯还原自组装薄膜制备方法

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