[发明专利]硼掺杂石墨烯复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯领域，尤其涉及一种硼掺杂石墨烯复合材料及其制备方法。

背景技术

英国曼彻斯特大学的安德烈·K·海姆(Andre K.Geim)等在2004年制备出石墨烯材料，由于其独特的结构和光电性质受到了人们广泛的重视。单层石墨由于其大的比表面积，优良的导电、导热性能和低的热膨胀系数而被认为是理想的材料。如：1，高强度，杨氏摩尔量，(1,100GPa)，断裂强度：(125GPa)；2，高热导率，(5,000W/mK)；3，高导电性、载流子传输率，(200,000cm2/V*s)；4，高的比表面积，(理论计算值：2,630m2/g)。尤其是其高导电性质，大的比表面性质和其单分子层二维的纳米尺度的结构性质，可在超级电容器和锂离子电池中用作电极材料。

到目前为止，所知道的制备石墨烯的方法有多种，如：(1)微机械剥离法。这种方法只能产生数量极为有限石墨烯片，可作为基础研究；(2)超高真空石墨烯外延生长法。这种方法的高成本以及小圆片的结构限制了其应用；(3)化学气相沉积法(CVD)。此方法可以满足规模化制备高质量石墨烯的要求，但成本较高，工艺复杂。(4)溶剂剥离法。此方法缺点是产率很低,限制它的商业应用；(5)氧化-还原法。此方法是最简单可大量获得石墨烯的一种普遍方法，比较常用的还原方法是化学还原(水合肼、乙二胺、硼氢化钠等做还原剂)和快速热还原，但是各种方法还原后，石墨烯都会存在一个团聚的过程，造成石墨烯的比表面积偏小，一般小于900m²/g。

发明内容

基于上述问题，本发明所要解决的问题在于提供一种电导率、电容量高以及能量存储密度较高的硼掺杂石墨烯复合材料的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种硼掺杂石墨烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：

将氧化石墨加入到水中超声分散处理，得到浓度为1~20mg/ml的氧化石墨烯悬浮液；

将质量分数为30~50%的锌盐溶液加入到所述氧化石墨烯悬浮液中，搅拌，得到混合溶液；

将硼源加入到所述混合溶液中，充分搅拌30~60min，得到硼掺杂氧化石墨烯溶液；

将上述得到硼掺杂氧化石墨烯溶液过滤，并将滤物进行微波加热活化处理，冷却后，经酸洗、水洗、过滤、干燥，得到所述硼掺杂石墨烯复合材料。

优选，所述硼掺杂石墨烯复合材料的制备方法，其中，所述超声分散处理时间为1~2h。

优选，所述硼掺杂石墨烯复合材料的制备方法，其中，所述混合溶液中，锌盐与氧化石墨烯的质量比为50~300:1。

优选，所述硼掺杂石墨烯复合材料的制备方法，其中，所述锌盐为氯化锌、硫酸锌或硝酸锌。

优选，所述硼掺杂石墨烯复合材料的制备方法，其中，所述硼掺杂氧化石墨烯溶液中，硼源与氧化石墨烯的质量比为0.5~10:1。

优选，所述硼掺杂石墨烯复合材料的制备方法，其中，所述硼源为三氧化二硼、单质硼、硼酸中的一种或几种。

优选，所述硼掺杂石墨烯复合材料的制备方法，其中，所述干燥处理过程中，所述微波加热活化处理时，微波功率为200~900W，加热时间为1~15min。

优选，所述硼掺杂石墨烯复合材料的制备方法，其中，对微波加热活化处理得到的产物进行酸洗时，采用体积分数为5~10%的稀盐酸溶液。

本发明还提供一种硼掺杂石墨烯复合材料，该硼掺杂石墨烯复合材料采用上述制备方法制得。

本发明提供的硼掺杂石墨烯复合材料的制备方法，该方法采用微波加热活化，可以制备出高比表面积石墨烯，比表面积达到1000~2200m²/g；另外，无需在高温下进行，可以降低能耗，且反应时间较短几分钟就能够完成整个活化反应，缩短了反应时间，提高了生产效率，降低了生产成本。

附图说明

图1为本发明硼掺杂石墨烯复合材料的制备工艺流程图。

具体实施方式

本发明提供的硼掺杂石墨烯复合材料的制备方法，如图1所示，其工艺流程步骤如下：

S1、将氧化石墨加入到水中超声分散1~2h，得到浓度为1~20mg/ml的氧化石墨烯悬浮液；

S2、将质量分数为30~50%的锌盐溶液加入到上述化石墨烯悬浮液中，搅拌1~5h，得到锌盐与氧化石墨烯的混合溶液；其中，混合溶液中，锌盐与氧化石墨烯的质量比为50~300:1；优选，所述锌盐为氯化锌、硫酸锌或硝酸锌；