1.引言

2004年，Geim，Novoselov等最先利用微机械剥离法成功制备石墨烯[1]。自此，石墨烯材料由于其优良的物理、化学、电学和光学性能而在碳材料领域引起广泛关注。石墨烯是一种零带隙半导体[2]，具有金属导电性，这也阻碍了其在电子领域的进一步应用。近来，为了拓宽石墨烯的应用范围，研究者们进行了一系列石墨烯改性的研究工作。

石墨烯的改性可以通过改变一维纳米带和零维量子点的形态来实现。前者由于改变其曲折边缘和宽度可以显示出半导体行为。而杂原子掺杂与复杂形貌修饰则更加简单有效。杂原子掺杂，具体来讲，就是将杂原子(例如N，B，S或P)掺杂进石墨烯碳晶格，进而达到有效调整原始石墨烯性质的作用。在各种杂原子掺杂中，N掺杂被认为是最有成效的，究其原因是(1)由于N的高吸电子能力，掺杂N原子会在邻近的C原子上引入缺陷[3];(2)N原子与C原子尺寸相似，并且有五个可用的价电子与C原子形成强的价键[4];(3)N原子与石墨烯的C原子共价键合，结构更稳定。

N掺杂可以有效地改变半导体性质、表面反应性、磁性、生物相容性、电子性质和能带结构等石墨烯性质。据文献报道，石墨烯在N掺杂后产生磁性是因为掺杂的N原子产生的磁矩所致[5]。石墨烯掺杂N还可以与细胞表面蛋白进行非特异性结合，使其具有良好的细胞相容性和血液相容性。因此，石墨烯的应用领域大大拓宽，例如:氧还原反应(ORR)，析氧反应(OER)，析氢反应(HER)[6]，电极材料各种电池，超级电容器，燃料电池，染料敏化太阳能电池，传感器，生物测定，有机溶剂和气体吸附，场效应晶体管和场发射器等。

在N原子掺杂改性后，NG可以作为贵金属，金属，氮化物、金属氧化物和聚合物等的衬底材料，并显著增强功能材料的内在性能。原因可能是因为氮原子掺杂使石墨烯展现n型半导体行为，同时可以为其他化学基团提供有利的结合位点[7]。

研究发现，石墨烯的改性性能主要来源于掺杂N物种的不同，不同的N掺杂石墨烯具有不同的结构性能。N掺杂的石墨烯主要有四种类型，分别是石墨N，吡啶N，吡咯N和N的氧化物(如下图所示)，前三种容易获得且被广泛研究[8，9]。

2.N 掺杂石墨烯的制备

2.1 直接制备法#8232;

2.1.1 CVD 法

化学气相沉积法是一种常用的方法[2]，通过”断键过程”和”键合再形成过程”可以制备掺杂N石墨烯。可用的N源包括乙腈、吡啶、氨、氮气、二甲基甲酰胺、1,3,5-三嗪、三聚氰胺、聚二甲基硅氧烷/三聚氰胺和咪唑/三聚氰胺等。最近研究人员又提出了许多改进的CVD方法，例如，利用氮气或微波等离子体[10]处理生长过程前后的衬底，气体解离度较高，等离子体能量更加均匀，所获得的NG电化学性能优异。