本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種生產(chǎn)硫摻雜石墨烯的方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)存在硫摻雜石墨烯制備反應(yīng)溫度高、反應(yīng)時間長、設(shè)備要求高、原料極毒、產(chǎn)量低的問題。本發(fā)明專利技術(shù)通過采用包括以下步驟：a)將氧化石墨在溶劑中超聲剝離，得到氧化石墨烯溶液；b)將所述氧化石墨烯溶液和含硫有機物混合，超聲處理使其分散混合均勻，得到液體混合物；干燥所述液體混合物，得到固體混合物；c)將所述固體混合物在惰性氣體保護下微波輻照處理，冷卻至室溫，即得所述硫摻雜石墨烯的技術(shù)方案較好的解決了該問題，可用于硫摻雜石墨烯的工業(yè)生產(chǎn)中。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種。
技術(shù)介紹
石墨烯是由碳原子以Sp2雜化軌道組成六邊形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的二維晶體材料，具有非常優(yōu)異的性能，如高的電子遷移率、良好的導(dǎo)熱性、透光性以及很好的穩(wěn)定性，可應(yīng)用于半導(dǎo)體材料、復(fù)合材料、電池電極材料、儲氫材料、場發(fā)射材料以及超靈敏傳感器等領(lǐng)域。摻雜是改變石墨烯電子結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)的有效途徑。異質(zhì)原子摻入石墨烯的晶格，不僅可有效的引入帶隙，而且可以增加石墨烯的缺陷和局域的反應(yīng)活性，從而產(chǎn)生許多新的功能。研究發(fā)現(xiàn)氮、硼或磷元素能夠摻入石墨烯晶格并有效改變其性能，而對其它元素摻雜的研究相對較少。從理論上講硫元素是一種潛在的摻雜元素，但硫原子與碳原子半徑相差較多，且電負性與碳原子相近，故硫元素并不容易摻入石墨烯晶格。專利CN 201110095599.8公開了一種硫摻雜石墨烯薄膜的制備方法，其分別以硫粉和己烷為硫源和碳源，采用化學(xué)氣相沉積法在金屬襯底上生長出硫摻雜石墨烯薄膜，但該方法需使用高溫化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器，設(shè)備復(fù)雜，反應(yīng)溫度高(高達900?1000°C )，反應(yīng)時間長，產(chǎn)量低，成本高，難以大規(guī)模生產(chǎn)。MUllen等報道了一種在多孔硅板上制備硫摻雜石墨烯和氮摻雜石墨烯的方法(Advanced Funct1nal Materials, 2012, 22, 3634-3640.)，其米用硫化氣氣體作還原劑和慘雜硫源，在聞溫還原氧化石墨稀的同時實現(xiàn)石墨稀的硫兀素慘雜，但該方法需使用劇毒和強腐蝕性硫化氫氣體，反應(yīng)溫度高(500?900°C )，反應(yīng)時間長，設(shè)備要求苛刻，過量氣體尚需增加無害化處理設(shè)備，且由于氧化石墨烯擔(dān)載在多孔硅板上故不利于規(guī)?；a(chǎn)。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)存在硫摻雜石墨烯制備反應(yīng)溫度高、反應(yīng)時間長、設(shè)備要求高、原料極毒、產(chǎn)量低的問題，提供一種新的。該方法可用于工業(yè)化制備硫摻雜石墨烯，具有反應(yīng)溫度低、反應(yīng)時間短、設(shè)備簡單、原料無毒害、易于工業(yè)放大的優(yōu)點。為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案如下:一種，包括以下步驟:a)將氧化石墨在溶劑中超聲剝離，得到氧化石墨烯溶液；b)將所述氧化石墨烯溶液和含硫有機物混合，超聲處理使其分散混合均勻，得到液體混合物；干燥所述液體混合物，得到固體混合物；c)將所述固體混合物在惰性氣體保護下微波輻照處理，冷卻至室溫，即得所述硫摻雜石墨烯。上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地,步驟a)超聲剝離時間為0.5?2小時。上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地,步驟b)超聲處理時間為5?30分鐘。上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述氧化石墨烯溶液的濃度為0.1?7毫克/毫升。更優(yōu)選地，所述氧化石墨烯溶液的濃度為0.5?5毫克/毫升。上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述溶劑為水、乙醇、異丙醇、環(huán)己烷、苯、丙酮、四氫呋喃、甲基吡咯烷酮、乙基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺。上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述含硫化合物為二苯基二硫醚、二(十八烷基)二硫醚、二甲苯基二硫醚、3，3- 二羥基二苯二硫醚、4，4- 二巰基二苯硫醚、二芐基硫醚、三苯甲硫醇、2-萘硫酚或二苯并噻吩中的至少一種。上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，微波輻照處理在微波反應(yīng)器中進行。上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述微波反應(yīng)器的功率為350?1200瓦特，輻照時間為30秒?10分鐘。上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述含硫化合物與氧化石墨烯溶液中氧化石墨烯的重量比為I?50。上述技術(shù)方案中,優(yōu)選地,所述惰性氣體為氮氣、氬氣或者氦氣中的至少一種。本專利技術(shù)中，以氧化石墨為前驅(qū)體，通過超聲剝離得到均勻分散的氧化石墨烯溶液；在微波輻照作用下，氧化石墨烯表面的羥基、羧基、羰基等含氧光能團迅速分解，放出大量熱量，使體系溫度快速升高到500?1000°C，含硫有機物受熱分解成硫化氫等含硫元素的氣體，其與氧化石墨烯發(fā)生反應(yīng)，在還原氧化石墨烯的同時生成硫摻雜石墨烯。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)利用氧化石墨烯表面的極性含氧官能團對微波的選擇性強吸收作用和含氧官能團分解時的強自放熱效應(yīng)，避免了以往對流加熱方式熱量傳遞速率慢、預(yù)熱時間長的缺點，縮短了反應(yīng)時間，減少了反應(yīng)能耗；本專利技術(shù)中含硫化合物分解、氧化石墨烯的還原和摻雜在同一溫度下快速進行，避免了氧化石墨烯表面的含氧官能團在摻雜反應(yīng)前，即預(yù)熱過程中發(fā)生分解，提高了硫元素摻雜量；本專利技術(shù)以含硫有機物代替硫化氫這種高毒高危險性試劑作硫源，制備方法更安全；本專利技術(shù)采用的微波輻照工藝無需使用金屬或者硅片襯底，故處理量大，易于規(guī)模化放大，可應(yīng)用于硫摻雜石墨烯的工業(yè)化生產(chǎn)中，滿足吸附、催化和儲能材料等領(lǐng)域?qū)α驌诫s石墨烯的產(chǎn)量需求，取得了較好的技術(shù)效果?！靖綀D說明】圖1為本專利技術(shù)【實施例1】中天然石墨、氧化石墨和硫摻雜石墨烯的X射線衍射譜(XRD)圖。其中，A為天然石墨，B為氧化石墨，C為硫摻雜石墨烯。圖2為本專利技術(shù)【實施例1】制備的硫摻雜石墨烯的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。圖3為本專利技術(shù)【實施例1】制備的硫摻雜石墨烯的透射電子顯微鏡(TEM)圖。圖4為本專利技術(shù)【實施例1】制備的硫摻雜石墨烯中S 2p的X射線光電子能譜(XPS)圖。圖1為天然石墨、氧化石墨和硫摻雜石墨烯的X射線衍射譜(XRD)圖。硫摻雜石墨烯在歸屬于石墨的2 Θ =26.6°處，和石墨氧化物的2 Θ =10.8°處，均無明顯XRD衍射峰，具有石墨烯X射線衍射特征。圖2為硫摻雜石墨烯的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。透明絹絲狀石墨烯片層相互當(dāng)前第1頁1 2 本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種生產(chǎn)硫摻雜石墨烯的方法，包括以下步驟：a)將氧化石墨在溶劑中超聲剝離，得到氧化石墨烯溶液；b)將所述氧化石墨烯溶液和含硫有機物混合，超聲處理使其分散混合均勻，得到液體混合物；干燥所述液體混合物，得到固體混合物；c)將所述固體混合物在惰性氣體保護下微波輻照處理，冷卻至室溫，即得所述硫摻雜石墨烯。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王燦，賈銀娟，石竹，劉志成，高煥新，
申請(專利權(quán))人：中國石油化工股份有限公司，中國石油化工股份有限公司上海石油化工研究院，
類型：發(fā)明
國別省市：北京;11
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