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一种硒化钴/氮、磷共掺杂石墨烯复合材料的制备方法和应用


技术摘要:
一种硒化钴/氮、磷共掺杂石墨烯复合材料的制备方法和应用,它涉及一种石墨烯复合材料的制备方法和应用。本发明的目的是要解决现有方法制备的氮、磷掺杂石墨烯负载纳米材料会逐渐释放有害气体,使用的原料磷源比较贵,制备成本高,且负载的纳米颗粒分散性差和负载不均匀  全部
背景技术:
石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成的二维碳纳米材料。它具 有优异的光学、电学、力学特性,在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具 有重要的应用前景,被认为是一种未来革命性的材料。为了提高其在电磁波吸收领域的应 用,可以通过在石墨烯中掺杂其它元素来调控其电子结构或在其表面负载纳米颗粒来提高 其光电磁性能。 目前对石墨烯掺杂的元素主要有N、S、P、B等,掺杂后石墨烯的电催化效果都得到 了明显的提高。如:中国专利《一种氮掺杂石墨烯的制备方法》(公开号:CN108821266B)用石 灰氮作为氮源,通过高温热解,在氮气保护条件下得到氮掺杂石墨烯。该方法以廉价的石灰 氮为原材料,可降低生产成本和简化生产工艺。中国专利《磷掺杂石墨烯的制备方法》(公开 号:CN106335890B)将氧化石墨烯溶液和含磷化合物混合经水热反应,得到磷掺杂石墨烯, 可将其用于工业生产中。中国专利《一种磷氮掺杂石墨烯多孔碳复合材料的制备工艺》(公 开号:CN109449006A)将氮源溶解在去离子水中,再加入氧化石墨烯和磷酸,并将其转移至 高压反应釜进行水热反应得到磷氮掺杂石墨烯复合材料。近年来,为了进一步提高元素掺 杂石墨烯的功能,研究者们又开始在其表面负载金属或金属氧化物。中国专利《一种氮掺杂 石墨烯/三氧化二铁复合电极材料的制备方法》(公开号:CN106997954B)用二次还原方法得 到氮掺杂石墨烯/三氧化二铁复合材料,并将其制成一体化电极,该电极具有良好的三维孔 结构以及较高的比表面积,在新能源电池等领域具有较大的研究利用价值。中国专利《一种 FeP/氮、磷共掺杂石墨烯电化学储钠复合电极的制备方法》(公开号:CN108232118A)以氧化 石墨烯、铁源和含氮有机物为原料,通过水热和冷冻干燥等方法成功制备出FeP/氮、磷共掺 杂石墨烯储钠复合电极,该方法具有成本低廉、能耗较低等优点。中国专利《一种纳米钴/氮 掺杂石墨烯复合材料及其制备方法》(公开号:CN110479340A)得到的纳米钴/氮掺杂石墨烯 复合材料在氧还原反应中具有优异的性能,过电位达到300mV。 综上所述,有很多纳米材料负载元素掺杂复合材料方面的专利,其中又以氮、磷掺 杂石墨烯负载纳米材料的性能最为优异,但是这些专利涉及的制备方法多采用高温热分解 方法,使得最终制备成本高,负载效果差,且无法解决实际应用问题。
技术实现要素:
本发明的目的是要解决现有方法制备的氮、磷掺杂石墨烯负载纳米材料会逐渐释 放有害气体,使用的原料磷源比较贵,制备成本高,且负载的纳米颗粒分散性差和负载不均 匀的问题,而提供一种硒化钴/氮、磷共掺杂石墨烯复合材料的制备方法和应用。 一种硒化钴/氮、磷共掺杂石墨烯复合材料的制备方法,是按以下步骤完成的: 一、制备Se粉溶液: 4 CN 111574956 A 说 明 书 2/6 页 将Se粉溶解在液体油胺中,得到Se粉溶液; 二、制备三苯基膦溶液: 将三苯基膦溶解到液体油胺中,得到三苯基膦溶液; 三、制备氮掺杂石墨烯溶液: 将氮掺杂石墨烯分散到无水乙醇中,得到氮掺杂石墨烯溶液; 四、制备乙酰丙酮钴溶液: 将乙酰丙酮钴(Ⅱ)分散到无水乙醇中,得到乙酰丙酮钴溶液; 五、水热反应: ①、将Se粉溶液加热至200℃~250℃,再在200℃~250℃下搅拌,得到反应液Ⅰ; ②、将三苯基膦溶液加热至100℃~150℃,再在100℃~150℃下搅拌,得到反应液 Ⅱ; ③、将氮掺杂石墨烯溶液加热至40℃~60℃,再在40℃~60℃下超声,得到反应液 Ⅲ; ④、将乙酰丙酮钴溶液加热至50℃~100℃,再在50℃~100℃下搅拌,得到反应液 Ⅳ; ⑤、将反应液Ⅰ、反应液Ⅱ、反应液Ⅲ和反应液Ⅳ混合并在40℃~60℃下搅拌,得到 反应液V;将反应液V转移到水热反应釜中,再在180℃~240℃的条件下反应120min~ 240min,得到反应产物Ⅰ; 六、将反应产物Ⅰ冷却至室温,再离心分离,弃除上层清液,收集下层固体物质;使 用温度为50℃~60℃的庚烷无水乙醇溶液对收集的下层固体物质离心清洗,最后将清洗后 的固体物质真空干燥,得到Co0.85Se/氮、磷共掺杂石墨烯复合材料。 硒化钴/氮、磷共掺杂石墨烯复合材料作为电磁波吸收材料使用。 本发明的原理及优点: 一、本发明以氮掺杂石墨烯、乙酰丙酮钴(Ⅱ)、硒粉和三苯基膦等原材料以较低成 本、采用简单的水热方法、在低温条件下Se粉与乙酰丙酮钴反应生成Co0 .85Se,三苯基膦分 解出的磷掺杂到石墨烯中,最终形成Co0 .85Se负载氮、磷掺杂石墨烯电磁波吸收材料,提高 了其介电性能,解决了其它方法制备的材料实际应用困难的问题,使其可以作为一种价廉、 制备方法简单的电磁波吸收剂; 二、本发明由于是在无水乙醇和油胺中进行的反应,所以得到的Co0.85Se颗粒不但 尺寸均一、而且还可以对其进行调控; 三、本发明制备的Co0 .85Se/氮、磷共掺杂石墨烯复合材料可以通过调整负载量和 尺寸来调控其对不同波段电磁波的吸收性能; 四、本发明制备的材料中有电性能良好的氮、磷掺杂石墨烯,适用于电化学和电磁 波吸收领域; 五、本发明制备的硒化钴/氮、磷共掺杂石墨烯复合材料中Co0 .85Se尺寸在5~ 20nm,且没有团聚现象。 本发明可获得一种硒化钴/氮、磷共掺杂石墨烯复合材料。 5 CN 111574956 A 说 明 书 3/6 页 附图说明 图1为实施例一制备的Co0.85Se/氮、磷共掺杂石墨烯复合材料的透射电镜图; 图2为实施例一制备的Co0.85Se/氮、磷共掺杂石墨烯复合材料的XRD图; 图3为实施例一制备的Co0 .85Se/氮、磷共掺杂石墨烯复合材料在不同厚度时的电 磁波吸收图,图中曲线1的厚度为1mm,曲线2的厚度为2mm,曲线3的厚度为3mm,曲线4的厚度 为4mm,曲线5的厚度为5mm; 图4为实施例二制备的Co0 .85Se/氮、磷共掺杂石墨烯复合材料在不同厚度时的电 磁波吸收图,图中曲线1的厚度为1mm,曲线2的厚度为1.5mm,曲线3的厚度为2mm,曲线4的厚 度为2.5mm,曲线5的厚度为3mm,曲线6的厚度为3.5mm,曲线7的厚度为4mm,曲线8的厚度为 4.5mm,曲线9的厚度为5mm,曲线10的厚度为5.5mm。
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