一种掺杂有杂原子的石墨烯垂直有序阵列及其制备方法和应用   0    0

本发明公开了一种掺杂有杂原子的石墨烯垂直有序阵列及其制备方法和应用；此方法一步掺杂、垂直、还原制备的掺杂石墨烯垂直有序阵列，具有价廉易得、高效稳定、可大规模生产的产品特性，通过该制备方法制备出的该墨烯为三维有序阵列的石墨烯，石墨烯内掺杂有杂原子；因为掺杂有杂原子，使得制备出来的材料微观上具有大比表面积和多孔隙率的特点；三维阵列石墨烯本身具有高度有序排列的特点；该材料表现出来的导电性好、机械性能优异，催化活性高，在HER领域有着广阔的应用前景。

1.一种掺杂有杂原子的石墨烯垂直有序阵列的制备方法，其特征在于，将防冻剂、掺杂剂和氧化石墨烯分散液形成的混合溶液置于 容器中，将容器置于 铜盘上冷冻干燥，得到氧化石墨烯气凝胶；将氧化石墨烯气凝胶经过热还原后得到掺杂有杂原子的石墨烯垂直有序阵列；所述掺杂剂为硼酸、植酸或尿素。

2.根据权利要求1所述的一种掺杂有杂原子的石墨烯垂直有序阵列的制备方法，其特征在于，防冻剂为甲醇或乙醇，防冻剂和石墨烯分散液的体积比为(0.1-0.3)：(5-20)。

3.根据权利要求1所述的一种掺杂有杂原子的石墨烯垂直有序阵列的制备方法，其特征在于，当掺杂剂为硼酸时，硼酸和氧化石墨烯分散液的比例为(60-300)mg：(5-20)mL；当掺杂剂为尿素时，尿素和氧化石墨烯分散液的比例为(60-180)mg：(5-20)mL；当掺杂剂为植酸时，植酸和氧化石墨烯分散液的体积比为(1-5)μL：(5-20)mL。

4.根据权利要求1所述的一种掺杂有杂原子的石墨烯垂直有序阵列的制备方法，其特征在于，冷冻时间为24-72h；热还原分为两阶段，第一阶段的热还原温度小于第二阶段的热还原温度。

5.根据权利要求4所述的一种掺杂有杂原子的石墨烯垂直有序阵列的制备方法，其特征在于，当掺杂剂为硼酸时，热还原第一阶段温度为150-200℃，持续时间为1.5-2h；热还原第二阶段温度为800-1000℃，持续时间为2-4h。

6.根据权利要求4所述的一种掺杂有杂原子的石墨烯垂直有序阵列的制备方法，其特征在于，当掺杂剂为尿素时，热还原第一阶段温度为150-200℃，持续时间为1-2h；热还原第二阶段温度为700-1000℃，持续时间为2-3h。

7.根据权利要求4所述的一种掺杂有杂原子的石墨烯垂直有序阵列的制备方法，其特征在于，当掺杂剂为植酸时，热还原第一阶段温度为200-300℃，持续时间为2h；热还原第二阶段温度为800-1000℃，持续时间为3h。

8.一种通过权利要求1-7任意一项制备方法制得的掺杂有杂原子的石墨烯垂直有序阵列，其特征在于，所述掺杂有杂原子的石墨烯垂直有序阵列为垂直有序多孔结构，孔径为
20-30μm，石墨烯的片层厚度20-50nm。

9.根据权利要求8所述的一种掺杂有杂原子的石墨烯垂直有序阵列，其特征在于，所述杂原子包括氮、硼、磷中的至少一种。

10.一种权利要求8所述的掺杂有杂原子的石墨烯垂直有序阵列在电催化析氢中的应用，其特征在于，所述石墨烯垂直有序阵列作为工作电极。