[发明专利]一种氮掺杂石墨烯膜的制备方法以及氮掺杂石墨烯膜

说明书

本申请公开了氮掺杂石墨烯膜及其制备方法，制备方法包括以下步骤：(1)将氧化石墨烯溶液和水溶性胺类交联剂混合均匀后得到混合物；(2)将步骤(1)中得到的混合物涂布成膜，在20～95℃下干燥，得到胺基交联氧化石墨烯膜；(3)将步骤(2)中得到的胺基交联氧化石墨烯膜在惰性气体保护下，进行热处理，得到氮掺杂石墨烯膜。本申请在多胺类水溶性交联凝固剂和氧化石墨烯混合液中，采用氧化石墨烯溶液涂布方法，不需要引入其他还原剂和离子，可一步实现胺基交联氧化石墨烯膜的制备，而后经过石墨化处理实现氮掺杂石墨烯膜的制备，整个方法简单可控；本申请原料来源非常广泛，可大量应用，所制备得到的氮掺杂石墨烯膜具有优异的热导性。

技术领域

本发明涉及石墨烯膜领域，具体涉及一种氮掺杂石墨烯膜的制备方法以及氮掺杂石墨烯膜。

背景技术

石墨烯作为所有碳材料最基本的结构单元，具有真正的单原子层厚度和严格的二维结构，具有很高的机械强度、弹性、导热性、导电性以及量子霍尔效应等。自从2010 年英国科学家(AndreGeim)安德列杰姆和(KonstantinNovoselov)克斯特亚诺沃塞诺 发现石墨烯而获得诺贝尔奖以来，石墨烯的研究达到前所未有的高潮，越来越多的研 究发现，其在能量储存、电学器件、催化及生物医学等特殊领域具有巨大的应用前景。

宏观组装的石墨烯膜是纳米级石墨烯片宏观化的一种主要形式，常用的方法有抽滤法、刮膜法、旋涂法和喷涂法等，但该些方法限制了大规模、连续化制备石墨烯膜。 公开号为CN104229784A的专利文献公开了两种制备石墨烯膜的方法：其一，通过湿 纺的方法，在无机金属盐溶液等凝固液中沉淀成膜，干燥处理，然后利用还原剂再进 行还原两步法制备离子增强石墨烯膜，虽然该方法提供了一种湿纺连续制备石墨烯膜 的方法，但是其存在制备过程繁琐、需要两步法才能够实现石墨烯膜以及由于无机盐 离子做沉淀剂后残留在膜中，热处理过程也无法将其除掉的缺陷；其二，以石墨烯溶 液作为原料，在含有配位离子的凝固液中停留凝固成膜，干燥得离子增强石墨烯膜， 该制备方法虽然简单，但是由于石墨烯自身无特殊功能团的特性，使其很难在有机溶 剂或水中分散以及与配位离子配位凝固，且溶液浓度也较难达到凝固成型所要求的浓 度，故以石墨烯溶液作为原料在配位离子凝固液中是基本不可能凝固成型的。

发明内容

本发明针对上述问题，克服不足，提出了一种简便的、一步法、不含无机盐离子、可连续化制备的氮掺杂石墨烯膜的制备方法以及氮掺杂石墨烯膜。

本发明采取的技术方案如下：

一种氮掺杂石墨烯膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将氧化石墨烯溶液和水溶性胺类交联剂混合均匀后得到混合物；所述水溶性胺类交联剂为乙二胺、丙二胺、丁二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、氨、 聚烯丙基胺、盐酸羟胺、水合肼和对苯二胺中的一种或多种；

(2)将步骤(1)中得到的混合物涂布成膜，在20～95℃下干燥，得到胺基交联 氧化石墨烯膜；

(3)将步骤(2)中得到的胺基交联氧化石墨烯膜在惰性气体保护下，进行热处 理，得到氮掺杂石墨烯膜。

本申请氮掺杂石墨烯膜的制备方法，原料来源广泛，成本低；制备方法以氧化石墨烯溶液为原料，可以通过一步实现凝固组装成胺基交联氧化石墨烯膜，然后通过热 处理得到氮掺杂石墨烯膜；本申请的制备方法，反应温度低，操作简洁，绿色环保， 可实现大规模连续化制备；本发明制备的氮掺杂石墨烯膜具有优异的热导性，热导率 可以达到1000～1800W/m.k，为后续应用拓宽了范围。

本申请的制备方法克服了现有技术中采用抽滤法、刮膜法、旋涂法和喷涂法等方法限制了大规模、连续化制备宏观组装的石墨烯膜的问题；克服了湿法连续制备石墨 烯膜时，存在制备过程繁琐，需要两步法才能够实现石墨烯膜的问题；克服了由于无 机盐离子做沉淀剂后残留在膜中，热处理过程也无法将其除掉，以及以石墨烯溶液为 原料在配位离子凝固液中是基本不可能凝固成型的缺陷。