[发明专利]一种氮、磷共掺杂石墨烯的制备方法及其应用

说明书

本公开涉及石墨烯材料领域，具体提供一种氮、磷共掺杂石墨烯的制备方法及其应用。所述氮、磷共掺杂石墨烯的制备方法包括如下步骤：将生物质原料与磷酸盐研磨混合，在惰性气体保护下首先进行低温碳化，然后进行高温石墨化，经过升温与降温过程后，将所得产物浸泡于盐酸溶液中一段时间，产物过滤后，用去离子水反复清洗至中性，然后再用乙醇清洗，最后干燥，即得。解决现有技术中氮、磷共掺杂石墨烯采用水热法生产，对设备依赖性较强，不适合工业生产的问题。

技术领域

本公开涉及石墨烯材料领域，具体提供一种氮、磷共掺杂石墨烯的制备方法及其应用。

背景技术

这里的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，而不必然构成现有技术。

石墨稀是近年来新兴的一种功能材料，具有比表面积大、拉伸强度高、热稳定性好等优异性能，具有广泛的应用前景。目前石墨烯已经被广泛应用于环境、能源、医药等各个领域。石墨烯的制备和处理是石墨烯实际应用的前提。因此，大规模、低成本制备石墨烯并使之应用，是石墨烯产业化的关键。

目前，关于石墨烯的制备方法，已有很多工作予以报道。从最早的机械剥离法，到氧化还原法，以及化学气相沉积法。这些方法各有特点，但是缺点也非常明显。机械剥离法所得的样品量少，限制了其大规模应用。氧化还原法周期长、能耗高，给大规模化工业生产带来困难。而化学气相沉积法工艺也比较复杂，成本较高。因此，发展工艺流程简单、成本低廉、可大规模化生产的制备方法，一直以来是研究人员追求的目标。

为了改善石墨烯材料的性能和其应用的范围，对其进行氮、硫、磷等异质原子的掺杂是一条可行的路径。其中，氮掺杂是最容易实现的一种掺杂方式。但现有技术中也发现了磷掺杂能够为石墨烯带来良好的性能，为此，提出了一种氮磷共掺杂的石墨烯，但发明人发现，现有技术中采用水热法合成。而水热法需要高温高压步骤，并在反应釜中封闭操作，使其对生产设备的依赖性比较强，难以在工业中生产。

综上所述，要实现流程简单、成本低廉、适合工业生产的一步法合成氮、磷共掺杂石墨烯还比较困难。

发明内容

针对现有技术中氮、磷共掺杂石墨烯采用水热法生产，对设备依赖性较强，不适合工业生产的问题。

本公开一个或一些实施方式中，提供一种氮、磷共掺杂石墨烯的制备方法，包括如下步骤：将生物质原料与磷酸盐研磨混合，在惰性气体保护下首先进行低温碳化，然后进行高温石墨化，经过升温与降温过程后，将所得产物浸泡于盐酸溶液中一段时间，产物过滤后，用去离子水反复清洗至中性，然后再用乙醇清洗，最后干燥，即得。

本公开一个或一些实施方式中，提供上述氮、磷共掺杂石墨烯的制备方法制得的产品在钠离子电池中的应用。

本公开一个或一些实施方式中，提供一种扣式电池，将上述氮、磷共掺杂石墨烯的制备方法制得的产品作为正极活性材料涂覆于正极极片上，金属钠作为对电极，与电解质、隔膜组装而成。

上述技术方案中的一个或一些技术方案具有如下优点或有益效果：

1)本公开以桃核壳、山楂籽、茶叶渣等这些生物质废料为原料，来源广泛，成本低廉，经济效益高。生物质资源丰富，属于可再生资源，而且都是废弃物再利用，生物质原材料制备石墨烯材料也反映了绿色化学的理念。

2)本公开采用一步法合成氮、磷共掺杂石墨烯材料，该方法成本低，工艺流程短，易于操控，这为石墨烯材料工业化生产提供潜在的可能性。

3)本公开的石墨烯材料比表面积大，活性位点多，石墨烯材料比表面积为1000～2500m^2/g，孔径以微孔和介孔为主，主要集中在1～25nm之间。而且实现了氮、磷双原子掺杂，具备快速的钠离子传导能力，作为钠离子电池电极材料时，表现出了较好倍率性能和高的首次库伦效率。