專利名稱：一種超高氮摻雜的石墨烯的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超高氮摻雜(氮碳原子比最高達(dá)到20%)制備方法。
背景技術(shù)：
石墨烯作為目前世界上密度最小、比表面積最大、導(dǎo)電性能最好的材料，在太陽能透明電極、鋰電池、場效應(yīng)管等方面都有巨大的應(yīng)用前景。石墨烯的制備方法主要有微機(jī)械剝離、化學(xué)氣相沉積、液相剝離以及化學(xué)方法等。石墨烯本身是一個(gè)零帶隙的半導(dǎo)體材料，這極大地限制了其在微電子材料方面的應(yīng)用。通過摻雜其他原子改變石墨烯的帶隙是非常常見的方法之一，常見的摻雜方式摻氮、摻氟、摻氫和摻氯等。摻氫目前只能用等離子方法才能摻雜，成本高，而且工藝復(fù)雜。摻氟和摻氯除了用等離子體方法外，其他方法都涉及到具有高毒性的氟氣或氯氣。摻氮，所用的原材料是諸如氨氣和三聚氰胺這樣無毒的化學(xué)品，而且價(jià)格也便宜許多。得到的摻氮石墨烯，經(jīng)過測試是N型半導(dǎo)體材料，在微電子技術(shù)上具有良好的應(yīng)用前景。但是，到目前為止，獲得氮摻雜石墨烯的方法都是采用熱處理的方法，氮摻雜的含量往往不高，對于調(diào)控石墨烯的帶隙效果不太顯著。而且氮摻雜會帶來氧化石墨烯的分解，造成原材料的損耗。制備工藝耗時(shí)長并且造成了極大的能源浪費(fèi)。基于此，本發(fā)明找到了一種快速節(jié)能的摻氮石墨烯的制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解 決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種快速節(jié)能高氮摻雜石墨烯的制備方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過對吸附氨氣的氧化石墨烯進(jìn)行光照的方法來獲得高摻氮的石墨烯。測試表明，氮含量能極大的提高，氮碳原子比能達(dá)到1:5，并且只需要五分鐘左右的時(shí)間，摻雜過程就可以完成。在NH3 (流量為IOtorr 30torr)氛圍、200nm 760nm的波長范圍的光照條件下，可以對未經(jīng)過還原的氧化石墨烯進(jìn)行摻雜得到摻氮的石墨烯。氮碳原子比最大能達(dá)到20%以上。超高摻氮的石墨烯輕質(zhì)鐵磁性材料的制備方法步驟為:
(I)將層數(shù)為I 20層的氧化石墨烯加入濃度為0.0001mol/l 0.01mol/l的稀硝酸溶液進(jìn)行清洗，然后5000rpm 30000rpm離心獲得沉淀。(2)重復(fù)步驟(1)2 3次后再加入去離子水，10000rpm-30000rpm離心得到沉淀；重復(fù)加入去離子水再離心的過程10遍，得到的氧化石墨烯含氧量較高，其中氧碳原子比為1:4-1:2范圍；將得到的氧化石墨烯在50-200°C的溫度大氣環(huán)境氛圍下烘干后，放入透明的兩端留孔的透明容器中。(3)將透明容器兩端接上橡皮管確保封閉狀態(tài)，不滲透空氣；將純度99%的氨氣接入透明容器的一側(cè)，另一側(cè)通入水中用來吸收尾氣；用30torr IOOtorr將透明容器中的空氣清洗10 20分鐘之后，將通入氨氣的流量控制在10 30torr。(4)在透明容器上方放上光源，光源的頻譜范圍在200nm至760nm之間，光源可以為單色光、白光或混合光；光源對樣品要能實(shí)現(xiàn)全覆蓋；經(jīng)過5 60分鐘的光照時(shí)間，即獲得聞慘氣的石墨稀。在大氣氛圍中，取下透明容器一側(cè)的管道，取出容器內(nèi)所得到的材料，這樣可以得到超聞氣慘雜的石墨稀，氣碳原子比最聞可達(dá)到1:5。氮摻雜的含量隨著光照時(shí)間以及光照強(qiáng)度發(fā)生變化，照射時(shí)間超過一小時(shí)后氮摻雜的含量基本不再發(fā)生變化。本發(fā)明所述的高氮摻雜石墨烯可以通過光照時(shí)間和光照強(qiáng)度來調(diào)控?fù)降暮浚赃_(dá)到調(diào)控石墨烯帶隙的效果。
具體實(shí)施例方式下面以實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不局限于這些實(shí)施例。實(shí)施例1:
(I)將層數(shù)為I 20層的氧化石墨烯IOOmg加入300ml的0.0001mol/l的稀硝酸溶液進(jìn)行清洗，然后IOOOOrpm的離心速度離心獲得沉淀。(2)重復(fù)步驟 (I) 2次后再加入去離子水，IOOOOrpm高速離心得到沉淀，重復(fù)加入去離子水再離心的過程10遍，確保不含有其他雜質(zhì)；得到的氧化石墨烯含氧量較高，其中氧碳原子比為2:5 ;將得到的氧化石墨烯沉淀50°C的溫度自然環(huán)境氛圍下烘干后，放入對200 760nm波長的光吸收率低的石英容器中。(3)將石英容器兩端接上橡皮管確保封閉狀態(tài)，不滲透空氣。將高純度的氨氣(99%)接入石英容器的一側(cè)，另一側(cè)通入水中用來吸收尾氣；用氨氣以IOOtorr的流量將石英容器中的空氣清洗10分鐘后，將通入氨氣的流量控制在20torr。(4)在石英容器上方放上超高壓汞燈，中心波長在540nm ;光源對樣品實(shí)現(xiàn)全覆蓋；經(jīng)過I小時(shí)的光照時(shí)間，即獲得氮碳原子比為1:5的高摻氮的石墨烯。(4)在大氣氛圍中，取下透明容器一側(cè)的管道，取出容器內(nèi)所得到的材料，，這樣可以得到超高氮摻雜的石墨烯80mg ;—部分氧脫掉后引起質(zhì)量下降。將高氮摻雜的石墨烯溶于有機(jī)溶劑后，旋涂成薄膜，作為太陽能電池的透明導(dǎo)電電極使用。實(shí)施例2:
(I)將層數(shù)為I 20層的氧化石墨烯IOOmg加入300ml的0.001mol/l的稀硝酸溶液進(jìn)行清洗，然后IOOOOrpm的離心速度離心獲得沉淀。(2)重復(fù)步驟(I) 2次后再加入去離子水，IOOOOrpm高速離心得到沉淀；重復(fù)加入去離子水再離心的過程10遍，確保不含有其他雜質(zhì)；得到的氧化石墨烯含氧量要較高，其中氧碳原子比為2:5 ;將得到的氧化石墨烯沉淀50°C的溫度自然環(huán)境氛圍下烘干后，放入對200 760nm波長的光吸收率低的石英容器中。(2)將石英容器兩端接上橡皮管確保封閉狀態(tài)，不滲透空氣；將高純度的氨氣(99%)接入透明容器的一側(cè)，另一側(cè)通入水中用來吸收尾氣；用氨氣以70torr的流量將石英容器中的空氣清洗15分鐘后，將通入氨氣的流量控制在20torr。
(3)在石英容器上方放上超高壓紫外汞燈，中心波長在380nm ;光源對樣品實(shí)現(xiàn)全覆蓋；經(jīng)過5分鐘的光照時(shí)間，即獲得氮碳原子比為1:10的高摻氮的石墨烯。(4)在大氣氛圍中，取下透明容器一側(cè)的管道，取出容器內(nèi)所得到的材料，這樣可以得到超高氮摻雜的石墨烯88mg，一部分氧脫掉后引起質(zhì)量下降。將制 得的高氮摻雜石墨烯，制成FET結(jié)構(gòu)，可以獲得N型場效應(yīng)管。
權(quán)利要求
1.一種摻氮的石墨烯的制備方法，其特征在于具體步驟為 (1)將層數(shù)在I 20層的氧化石墨烯加入濃度為O.OOOlmol/1-O. 01mol/l的稀硝酸溶液進(jìn)行清洗，然后5000rpm-30000rpm離心獲得沉淀； (2)重復(fù)步驟(I)2-3次后再加入去離子水，5000rpm-300(K)rpm離心得到沉淀；重復(fù)加入去離子水再離心的過程10遍，得到的氧化石墨烯氧碳原子比為1:4-1:2之間；將得到的氧化石墨烯在50-200°C的溫度大氣環(huán)境氛圍下烘干后，放入兩端留孔的透明容器中； (3)將透明容器兩端接上橡皮管確保封閉狀態(tài)，不滲透空氣；將純度99%的氨氣接入透明容器的一側(cè)，另一側(cè)通入水中用來吸收尾氣；用30torr-100torr將透明容器中的空氣清洗10-20分鐘后，將通入氨氣的流量控制在5-30torr ； (4 )在透明容器上方放上光源，光源的頻譜范圍在200nm至760nm之間，光源可以為單色光、白光或混合光；光源對樣品要能實(shí)現(xiàn)全覆蓋；經(jīng)過5-60分鐘的光照時(shí)間，即獲得高摻氮的石墨烯。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超高氮摻雜的石墨烯的制備方法。通過對吸附氨氣的氧化石墨烯進(jìn)行光照的方法來獲得超高摻氮的石墨烯。未經(jīng)過還原的氧化石墨烯在NH3(流量為10torr～30torr)氛圍下，通過使用200nm～760nm的波長范圍的光照，可以對氧化石墨烯進(jìn)行摻雜得到摻氮的石墨烯。氮碳原子比最大能達(dá)到20%。光照時(shí)間在5～60分鐘范圍內(nèi)，相應(yīng)的氮碳原子比在6%～20%之間。本發(fā)明所述的高氮摻雜石墨烯可以通過光照時(shí)間和光照強(qiáng)度來調(diào)控?fù)降暮?，以達(dá)到調(diào)控石墨烯帶隙的效果。
文檔編號C01B31/04GK103253660SQ201310198188
公開日2013年8月21日 申請日期2013年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月25日
發(fā)明者唐濤, 文劍鋒 申請人:桂林理工大學(xué)