Herstellung von Stickstoff-dotierten Graphen-Blättern durch eine kombinierte chemische und hydrothermale Reduktion von Graphenoxid

Stickstoff-dotierte Graphen-Blätter wurden durch eine hydrothermale Reduktion von kolloidalen Dispersuren von Graphitoxid in Gegenwart von Hydrazin und Ammoniak bei einem pH-Wert von 10 hergestellt. Der Einfluss der hydrothermalen Temperatur auf die Struktur, Morphologie und Oberflächenchemie der hergestellten Graphen-Blätter wurde mittels XRD, N(2)-Adsorption, Festkörper-(13)C NMR, SEM, TEM und XPS-Charakterisierungen untersucht. Die Reduktion von Sauerstoff und die Stickstoff-Dotierung wurden gleichzeitig während der hydrothermalen Reaktion erreicht. Bis zu 5% Stickstoff-dotierte Graphen-Blätter mit leicht gewellten und gefalteten Merkmalen wurden bei relativen niedrigen hydrothermalen Temperaturen erhalten. Mit zunehmender hydrothermaler Temperatur nahm der Stickstoffgehalt leicht ab und mehr pyridinisches N wurde in das Graphen-Netzwerk eingebaut. Gleichzeitig entstand eine medusenartige Graphenstruktur durch Selbstorganisation der Graphen-Blätter bei einer hydrothermalen Temperatur von 160 °C. Bei weiterer Erhöhung der Temperatur auf 200 °C konnten sich die Graphen-Blätter zu Agglomeraten zusammenlagern, enthielten jedoch immer noch einen Dotierungsgrad von 4 Gew.-% N. Die einzigartige hydrothermale Umgebung spielt eine wichtige Rolle bei der Stickstoff-Dotierung und der Bildung der medusenartigen Graphen-Struktur. Diese einfache hydrothermale Methode könnte die Synthese von Stickstoff-dotierten Graphen-Blättern in großem Maßstab für verschiedene praktische Anwendungen ermöglichen.