[发明专利]氧化程度可调控的磷掺杂石墨烯复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种氧化程度可调控的磷掺杂石墨烯复合材料的制备方法。本发明通过采用包括以下步骤：a)将三种苯基磷化物溶于去离子水中，得到含磷溶液；b)所述含磷溶液与氧化石墨烯溶液混合，超声处理使其分散混合均匀，得到混合物；c)所述混合物经水热反应，即得到氧化程度不同的磷掺杂石墨烯，并将其分散于N,N‑二甲基甲酰胺溶液中。该发明方法具有的技术方案较好的解决了氧化程度不同的磷掺杂石墨烯制备中，气氛环境要求高，危险性较高，反应过程复杂，所需温度高的问题，可用于氧化程度可控的磷掺杂石墨烯的工业生产中。

技术领域

本发明涉及石墨烯技术领域，尤其是指一种氧化程度可调控的磷掺杂石墨烯复合材料的制备方法。

背景技术

石墨烯是由单层碳原子排列成独特的二维蜂窝状晶体，具有优异的性质，如:高导电性、高分散性、高载流子迁移率、高比表面积和良好的亲水性，与大部分能源领域的活性材料具有良好的兼容性，已经被广泛的应用于催化、能源存储、传感器和电极材料等领域。掺杂是改变石墨烯电子结构和化学性质的有效途径。异质原子掺入石墨烯的晶格，不仅可有效引入带隙，而且可以增加石墨烯的缺陷和局域的反应活性，从而产生许多新的功能。与原始的石墨稀相比有些不同的性质，掺杂入的原子会影响原子的自旋密度和电荷分布，导致石墨稀表面产生“活性位点”这些活性位点可以直接参与催化反应，如ORR和固定金属纳米粒子反应。研究发现氮、硼或硫元素能够掺入石墨烯晶格并有效改变其性能，而对其它元素掺杂的研究相对较少。

尽管有研究证明了磷与其他杂原子的配位可以显着提高电催化剂活性，但磷单掺杂的碳材料被研究的却不多。对于含磷的碳材料，不同磷基团附着到石墨烯表面上(即氧化程度不同的磷掺杂石墨烯材料)通常可以呈现不同的电催化效果。现有控制氧化程度不同的磷掺杂石墨烯的制备方法，通常将氧化石墨烯与含磷化合物的混合物在管式炉Ar气氛中高温煅烧，实现氧化石墨的还原和掺杂，或在H₂/Ar混合气中，利用H₂还原，降低氧化程度，但该方法反应温度高，设备要求苛刻。亦或将磷酸与石墨烯混合水热反应，实现掺杂，但该方法气氛环境要求高，危险性较高，反应过程复杂，所需温度高。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中在制备不同氧化程度的磷掺杂石墨烯时，反应需要在Ar或H₂/Ar气氛中进行，以控制不同的氧化程度，同时整个反应过程需要高温热处理，过程相对较为复杂，对环境要求较高，并且需要H₂的参与，有一定的危险性。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种氧化程度可调控的磷掺杂石墨烯复合材料的制备方法。本发明方法可用于制备氧化程度可调控的磷掺杂石墨烯，具有操作简单，反应条件要求低，易于工业放大的优点。

本发明的第一个目的在于提供一种氧化程度可调控的磷掺杂石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

a)、将苯基磷化物溶于溶剂中，得到含磷溶液；

b)、将所述含磷溶液与氧化石墨烯溶液混合，超声分散，得到混合物；

c)、将所述混合物经水热反应，将反应液洗涤过滤取固相，即得所述有机磷掺杂石墨烯。

在本发明的一个实施例中，步骤a)中，所述苯基磷化物选自苯基磷、苯基次磷酸和苯基磷酸。

在本发明的一个实施例中，步骤a)中，所述溶剂为水或乙醇。

在本发明的一个实施例中，步骤b)中，所述含磷溶液中苯基磷化物与氧化石墨烯溶液中氧化石墨烯的质量比1-20：1。

在本发明的一个实施例中，步骤b)中，所述混合时间为10-30min。

在本发明的一个实施例中，步骤b)中，所述水热反应的温度为100-180℃。

在本发明的一个实施例中，步骤b)中，所述水热反应的反应时间为3-5h。