專利名稱：化學(xué)法插層剝離石墨大量制備高質(zhì)量石墨烯的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬石墨烯材料的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用化學(xué)方法插層剝離石墨制備石墨烯的方法，具體涉及了插層石墨的層間物與另一種或幾種試劑劇烈反應(yīng)并釋放氣體將石墨片層撐開的剝離手段大量且廉價的制備石墨烯的方法。
背景技術(shù)：
自2004年石墨烯問世以來，由于其極為優(yōu)異的電學(xué)性質(zhì)受到了非常廣泛的科學(xué)關(guān)注。例如，它的載流子傳輸行為與相對論中的中微子相似，室溫下可觀測到量子霍爾效應(yīng)，兩極場效應(yīng)等。并且，石墨烯獨(dú)特的物理和機(jī)械性能更加拓寬了其應(yīng)用的空間極高的楊氏系數(shù)，熱傳導(dǎo)系數(shù)高達(dá)5300W/mK，理論比表面積高達(dá)2630m2/g，而且能隙可調(diào)，幾乎全透明，只吸收2. 3%的光，及其他多種優(yōu)異的性能。在不久的將來，石墨烯可能被用來制備出更薄、導(dǎo)電速度更快的新一代電子元件或電子晶體管。而且由于石墨烯的良好的透光性和導(dǎo)電性，也適合用來代替ITO制造透明觸摸屏、光板、甚至是太陽能電池。石墨烯良好的機(jī)械性能已經(jīng)被應(yīng)用到熱縮材料或是薄膜材料中提高抗拉伸能力。由于石墨烯被認(rèn)為是至今發(fā)現(xiàn)的最硬的物質(zhì)，所以一些科研工作者已經(jīng)在研制由石墨烯做成的防彈衣，這樣的防彈衣更輕更薄，將會大幅度的減少士兵負(fù)重。石墨烯極高的理論表面積，使它作為催化劑的載體材料應(yīng)用于催化領(lǐng)域，不僅如此，它極高的電導(dǎo)率可以促進(jìn)光電子的轉(zhuǎn)移，提高激子壽命，很好的提高光催化效率，被應(yīng)用于光催化領(lǐng)域。自2004年發(fā)現(xiàn)石墨烯到2010年石墨烯的發(fā)現(xiàn)者獲得諾貝爾獎，石墨烯發(fā)展的速度大大超過了當(dāng)年富勒烯發(fā)展的速度，因此石墨烯的需求也越來越多，在實(shí)驗(yàn)室中制備的產(chǎn)量已經(jīng)不能滿足在一些應(yīng)用領(lǐng)域的需求。我們認(rèn)為，同富勒烯、碳納米管并稱為三大特種碳材料的石墨烯將會與前二者一樣有著廣闊的應(yīng)用空間，不論是在民用還是軍用領(lǐng)域其前景都是無可限量的。所以可以預(yù)期的是，石墨烯的需求也將隨著其應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展而不斷增大。因此一個廉價且高產(chǎn)量的制備高質(zhì)量的石墨烯的手段是十分必要的。如今石墨烯的制備主要有以下幾種方法，機(jī)械剝離法，碳化硅還原法，外延生長法，金屬催化氣相沉積法， 電化學(xué)電解碳電極法，堿金屬插層膨脹法，堿金屬還原乙醇法，微波法，氧化石墨熱膨脹剝離法。在眾多的方法中，都有著不可忽視的弊端，有的方法成本太高，產(chǎn)率又太低，有的方法產(chǎn)率高但石墨烯的品質(zhì)太差，缺陷多，而且實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)定性不好控制，而且大部分的方法都能耗很高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于開發(fā)一種低成本高產(chǎn)量制備高質(zhì)量石墨烯的方法，該制備方法簡單易行，適宜大規(guī)模生成，低能耗，具有廣泛的應(yīng)用前景，利用該制備方法獲得的石墨烯具有很高的電導(dǎo)率，極少的缺陷，沒有雜質(zhì)或是分子吸附在石墨烯表面。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案為將石墨進(jìn)行化學(xué)插層，然后在固相或是液相中，插層在石墨中的化合物與其他加入的試劑進(jìn)行劇烈的化學(xué)反應(yīng)，釋放出氣體
4將石墨撐開剝離成石墨烯。這樣得到的石墨烯沒有經(jīng)過氧化還原的過程，缺陷更少，電導(dǎo)率更高，接近理想態(tài)。本方法的主要過程只經(jīng)歷了一步反應(yīng)就完成了石墨烯的剝離，過程非常簡單，而且不需要加熱，能耗低。并且得到的石墨烯不需要長時間超聲處理，對設(shè)備要求不高，且節(jié)能。石墨烯的制備僅在石墨的酸液混合物中滴加另一種反應(yīng)物就可以完成，反應(yīng)時間很短， 適合工業(yè)生產(chǎn)。得到的石墨烯比表面積在200-800m2/g之間，均在5層以下，單層石墨烯所占比例在25-40%之間。導(dǎo)電率高于商品化的膨脹石墨，用萬用表測得電阻為0. 5-5歐姆。上述制得的石墨烯氧含量僅有1.63%，是現(xiàn)有的以石墨制備石墨烯方法中，氧含量最低的。并且按照上述的實(shí)施方案，經(jīng)過化學(xué)插層后，也可以通過固體混合物加熱的方式來制備石墨烯。同時也可以將固相反應(yīng)后的石墨烯再進(jìn)行液相的反應(yīng)，從而能夠更好地剝離，得到更多更薄的石墨烯。本發(fā)明所述的化學(xué)插層石墨剝離制備高質(zhì)量石墨烯的方法，可以分為固相法和液相法，具體步驟描述如下首先介紹固相法將一定質(zhì)量的石墨粉或鱗片石墨浸泡于混酸溶液中，混酸一般按一種強(qiáng)吸水性濃酸與一種氧化性濃酸按照一定的比例混合，并加入過量的一種或是幾種極性插層劑，攪拌 6-24小時；然后將上述混合物用水清洗，直至洗出液的pH為5 7，60攝氏度烘干，烘干后的樣品在600-1000W微波功率的微波裝置中微波處理0. 5-2分鐘，得到的低含氧高膨脹的石墨，分散到水中或是有機(jī)溶劑中，在細(xì)胞粉碎器超聲作用30分鐘后即可得到石墨烯。上述步驟中，所述混酸可以是濃磷酸與濃硝酸的混酸或者濃硫酸與濃硝酸的混酸，其中濃磷酸或濃硫酸與硝酸的體積比為3 1 4 1，硝酸的濃度為10-12mol/L。。上述步驟中，所述插層劑是指在高溫下能分解出氣體的無機(jī)鹽類，這些無機(jī)鹽類包括但不限于冰醋酸，三氯化鐵，硝酸銨，氯酸鉀，氯酸鋰，草酸鉀，草酸銨。加入的無機(jī)鹽與石墨的質(zhì)量比為0.5-4 1，冰醋酸與石墨的比率為，Ig石墨搭配0.5-2mL冰醋酸。上述步驟中，可選地，在實(shí)施攪拌6-24小時之前，對混合溶液進(jìn)行超聲處理。上述步驟中，在進(jìn)行微波處理的過程中可以在負(fù)壓條件下進(jìn)行，在真空度OPa IOOOPa下，迅速微波處理，插層物迅速分解釋放出氣體將石墨層剝離開，這種條件下得到的石墨烯薄層甚至單層的比例更高，而且超聲時間更短，更節(jié)能。上述步驟中，可選地，使用高溫加熱的方式代替微波處理。具體而言，將馬弗爐升溫至800-1000°C后，將插層好的石墨放入其中15-120秒即可。上述步驟中，當(dāng)樣品經(jīng)過微波處理后分散到水或有機(jī)溶劑中，所述有機(jī)溶劑是指極性有機(jī)溶劑，這些有機(jī)溶劑包括但不限于甲基甲酰胺(DMF)，N甲基吡咯烷酮(NMP)，二甲基亞砜(DMSO)。下面介紹液相法將一定質(zhì)量的石墨粉或是鱗片石墨分散到氯磺酸與濃硫酸與高氯酸的混酸中，超聲15分鐘左右，然后浸泡2-24小時，然后將雙氧水滴加到上述混合物中進(jìn)行反應(yīng)，直到可流動的混合液變成了接近固相的凝膠時，停止滴加雙氧水，用水清洗上述凝膠，直至洗出液的pH近7時即可得到石墨烯的水分散液。
在上述步驟中，可選地，可以加入一些無機(jī)插層劑與石墨一同浸泡于氯磺酸混酸中，然后再進(jìn)行雙氧水反應(yīng)，這樣反應(yīng)更劇烈，得到的石墨烯單層更多。所述插層劑與固相法中所提及的插層劑相同。在上述步驟中，可選地，可以在浸泡步驟中加入表面活性劑和聚合物，所述聚合物和表面活性劑包括但不限于十二烷基磺酸鈉，十六烷基苯磺酸鈉，triton X-100，聚苯乙烯，聚苯乙烯磺酸鈉，聚苯胺，聚胺基苯磺酸鈉，聚吡咯，聚噻吩，PED0T。加入表面活性劑和聚合物與石墨的質(zhì)量比為0.25-1. 5 1。在上述步驟中，可選地，可以在浸泡步驟中加入聚合物單體，所述聚合物單體包括但不限于胺，苯乙烯，吡略，噻盼，3，4_乙撐二氧噻吩。由于剝離反應(yīng)中會釋放熱量，可以利用雙氧水的氧化性和混酸的酸性，在剝離石墨烯的過程中進(jìn)行聚合物的原位聚合并同時與石墨烯復(fù)合，這樣會節(jié)省實(shí)驗(yàn)步驟和能源。在上述步驟中，可選地，可以在浸泡步驟中加入一些其他無機(jī)鹽，這些無機(jī)鹽包括但不限于硝酸銨，氯酸鉀，高氯酸鉀，氯酸鋰，高氯酸鋰，五氧化二磷，過硫酸銨。石墨與無機(jī)鹽的質(zhì)量比為1 0.05-0.1。加入這些無機(jī)鹽可增加反應(yīng)的劇烈程度和放氣量，從而使剝離效果更好。在上述步驟中，可選地，可以在酸溶液中加入一些有機(jī)表面活性劑，使得反應(yīng)最終得到的石墨烯在水中分散更好。這里所述的有機(jī)表面活性劑包括但不限于甲基甲酰胺 (DMF)，N甲基吡咯烷酮(NMP)，二甲基亞砜(DMSO)。在上述步驟中，可選地，當(dāng)?shù)渭与p氧水的反應(yīng)結(jié)束以后，將凝膠置于極性有機(jī)溶劑中，然后再進(jìn)行超聲處理，隨后再進(jìn)行水洗的步驟。這樣得到的石墨烯分散性更好，而且單層更多，避免了一定的二次聚集。另外，固相法與液相法也可以結(jié)合實(shí)施，效果更佳。具體步驟如下實(shí)施固相法，將固相法獲得的石墨烯作為原料，進(jìn)行液相法的步
馬聚ο通過二次剝離得到的石墨烯品質(zhì)更高，單層更多，剝離的效果更徹底，而且超聲處理是不需要大功率長時間，更節(jié)能。本發(fā)明通過利用特殊的試劑進(jìn)行插層處理后，再通過劇烈的化學(xué)反應(yīng)將石墨層間的試劑瞬間氣化，將石墨剝離成石墨烯。這種方法制備的石墨烯產(chǎn)率極高，幾乎有多少克石墨就可以剝離出多少克石墨烯，而且得到的石墨烯缺陷極少，含氧量極低，一次剝離得到的石墨烯含氧量僅占1.6%左右，二次剝離得到的產(chǎn)品含氧量也僅有3. 1%，這是現(xiàn)有文獻(xiàn)報道中，通過石墨來制備石墨烯方法中含氧量最低的。通過實(shí)驗(yàn)操作的調(diào)整可以得到更多的單層石墨烯，尤其是經(jīng)過二次剝離得到的石墨烯，單層量超過50%，而且根本看不到超過 10層的產(chǎn)品。而且這種方法制備的石墨烯相對于剝離前的石墨，幾乎未對石墨的片層進(jìn)行任何破壞，保持了石墨原有的電學(xué)性質(zhì)。從制備的手段來看，操作極其簡單，方便生產(chǎn)，能耗低，對設(shè)備要求低，更適合工業(yè)生產(chǎn)。尤其以液相反應(yīng)過程最為簡單，處理容易，整個實(shí)驗(yàn)過程非常短。


圖1 :a酸液中直接剝離得到石墨烯的掃描電子顯微鏡圖，b所對應(yīng)的石墨烯的透
6射電子顯微鏡圖；圖2 :a固相插層剝離得到石墨烯的掃描電子顯微鏡圖，b所對應(yīng)的石墨烯的透射電子顯微鏡圖；圖3 :a固相插層剝離后，又進(jìn)行酸液二次剝離得到石墨烯的掃描電子顯微鏡圖，b 所對應(yīng)的石墨烯的透射電子顯微鏡圖；圖4 :a液相直接剝離得到的石墨烯的X射線光電子能譜，b通過固相液相兩次剝離得到的石墨烯的X射線光電子能譜；
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步闡述。液相法實(shí)施例1 將IOg石墨粉或鱗片石墨(50目 1000目)亦或膨脹石墨加入到200mL IL氯磺酸混酸中，混酸比例為氯磺酸/濃硫酸/高氯酸=8/1 4/1 3，攪拌均勻封閉好。超聲處理30分鐘后，靜止浸泡或是磁力攪拌2 M小時。然后在攪拌的同時向混合液中緩慢滴加30%的過氧化氫水溶液。加入100 500mL雙氧水后，上述混合物會體積急劇膨脹， 變成黑色粘稠膠體，像黑色濕土。滴加過程有一定危險，注意滴加速度。然后用去離子水將所得凝膠清洗至中性。然后可以通過超聲處理將所得的石墨烯分散液更好地分散，這樣可以將清洗過程中結(jié)塊的石墨烯分開，成蓬松的絮狀，超聲處理30分鐘即可。將上述的到的石墨烯用掃描電學(xué)顯微鏡和透射電子顯微鏡觀察，所得如圖1所示。從圖Ia中可以看到石墨通過氯磺酸的混酸插層并與雙氧水的劇烈反應(yīng)已經(jīng)被剝離開， 由于反應(yīng)非常劇烈石墨烯層上出現(xiàn)很多的褶皺，形成了多孔的花狀結(jié)構(gòu)。從透射電子顯微鏡圖中可以看到，如圖Ib所示該石墨烯是具有微米尺寸的透明薄膜。經(jīng)過X射線光電子能譜對此法得到的石墨烯進(jìn)行分析，可以看出，如圖如所示，次石墨烯的氧含量極低，僅有 1. 63%。實(shí)施例2 實(shí)驗(yàn)方法同實(shí)施例1，只是在得到黑色凝膠后，將其投入到500 IOOOml的極性有機(jī)試劑中，這些極性有機(jī)試劑可以是甲基甲酰胺(DMF)，N甲基吡咯烷酮(NMP)，二甲基亞砜(DMSO)等。將這些石墨烯的有機(jī)分散液進(jìn)行超聲處理，可以降低石墨烯的團(tuán)聚，而且會得到更多的單層石墨烯。然后再用水清洗，至PH 6 7。這樣的得到石墨烯表面會有這些小分子的有機(jī)溶劑吸附在表面，有利于其在一些溶劑中分散。實(shí)施例3:實(shí)驗(yàn)方法同實(shí)施例1，只是在浸泡時，將一些表面活性劑及一些聚合物加入到酸液中，這些表面活性劑及聚合物有十二烷基磺酸鈉，十六烷基苯磺酸鈉，triton X-100，聚苯乙烯，聚苯乙烯磺酸鈉，聚苯胺，聚胺基苯磺酸鈉，聚吡咯，聚噻吩，PEDOT等。加入有些聚合物可以降低在剝離過程中的石墨烯的再次聚集，也可以提高其分散性，有些聚合物的加入在剝離石墨烯的過程中直接完成了與聚合物的復(fù)合，可以使其作為一種石墨烯的復(fù)合材料直接應(yīng)用在某些領(lǐng)域。實(shí)施例4
7
實(shí)驗(yàn)方法同實(shí)施例1，只是在浸泡時，加入一些聚合物的單體。這些聚合物的單體有胺，苯乙烯，吡略，噻盼，3，4_乙撐二氧噻吩等。由于剝離反應(yīng)中會釋放熱量，可以利用雙氧水的氧化性和氯磺酸的酸性，在剝離石墨烯的過程中進(jìn)行聚合物的原位聚合并同時與石墨烯復(fù)合，這樣會節(jié)省實(shí)驗(yàn)步驟和能源。實(shí)施例5 實(shí)驗(yàn)方法同實(shí)施例1，只是在浸泡時加入一些其他無機(jī)鹽，以增加反應(yīng)的劇烈程度和放氣量，這些無機(jī)鹽有硝酸銨，氯酸鉀，高氯酸鉀，氯酸鋰，高氯酸鋰，五氧化二磷，過硫酸銨等。加入這些無機(jī)鹽可使剝離效果更好。固相法實(shí)施例6 將10克石墨粉或是鱗片石墨烯還是鱗片石墨(50目 1000目)加入到15 60mL 的濃磷酸和濃硝酸的混酸中，二者的體積比為3 1 4 1，并加入5 15mL的冰醋酸作為插層劑。密封好攪拌6 M小時。然后將插層好的石墨取出用去離子水清洗至洗出液的PH為5 7，然后在50 80攝氏度的烘箱中烘干。將烘干的樣品在800W的微波下輻照0. 5 2分鐘，整個過程中石墨會急劇膨脹，并伴隨有火花，石墨會變紅。冷卻后加入到水中或是極性有機(jī)溶劑中，例如DMF、NMP, DMSO等，經(jīng)過細(xì)胞粉碎器超聲處理30分鐘后，即可得到石墨烯，如圖2所示。值得一提的是，在這個方法中前一部分與制備膨脹石墨的方法相近，不過我們所用的濃硝酸并不是發(fā)煙硝酸，是濃度在10 12mol/L的濃酸，這樣得到的石墨烯缺陷少，含氧量低。而且不僅如此，我們后面提到的實(shí)施例中，用到的酸和插層物都是氧化性不是很強(qiáng)的，這樣保證了石墨烯的高質(zhì)量。實(shí)施例7 實(shí)驗(yàn)方法同實(shí)施例6，只是用濃硫酸代替濃磷酸，不過在微波處理是會有三氧化硫產(chǎn)生，應(yīng)注意人身安全。實(shí)施例8 實(shí)驗(yàn)方法同實(shí)施例6和7，只是將插層物換成其他極性無機(jī)物質(zhì)，例如三氯化鐵， 硝酸銨，氯酸鉀，氯酸鋰，草酸鉀，草酸銨以及其他一些能夠在高溫下分解出氣體的無機(jī)鹽類。不僅如此，上述提到的所有插層物可以兩種或多種混合使用，以使得反應(yīng)更劇烈，膨脹效果更好。實(shí)施例9 實(shí)驗(yàn)方法同實(shí)施例6-8，只是在微波處理的過程中，另外施加負(fù)壓條件，即在微波反應(yīng)前，將微波反應(yīng)器抽真空，真空度在0 lOOOPa，這樣再進(jìn)行微波處理時，石墨膨脹更徹底，不需要長時間超聲即可得到高質(zhì)量的石墨烯。實(shí)施例10 實(shí)驗(yàn)方法同實(shí)施例6-8，只是把微波處理的過程替換成高溫加熱，將馬弗爐升溫至 800-1000°C后，將插層好的石墨放入其中15-60秒，然后再超聲處理亦可以得到石墨烯。實(shí)施例11 將實(shí)施例6-10中提到的辦法與實(shí)施例1-5相結(jié)合得到石墨烯單層會更多，石墨烯更薄。具體步驟如下，將固相加熱或是微波處理好的樣品再次分散于氯磺酸混酸中，然后如實(shí)施例1-5中的方法，加入雙氧水。得到石墨烯全為5層以下的薄層，且單層含量很高，如圖3所示。而且雖然經(jīng)過了兩步的處理，氧含量并沒有增加多少，如圖4b所示。我們將這種方法得到的石墨烯分散液取出滴在PET薄板上，真空干燥后，用萬用表測其電阻，僅有 0. 5-5歐姆，電導(dǎo)率很高。 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容和所掌握的本領(lǐng)域技術(shù)對本發(fā)明內(nèi)容作出替換或變型，但是這些替換或變型都不應(yīng)視為脫離本發(fā)明構(gòu)思的，這些替換或變型均在本發(fā)明要求保護(hù)的權(quán)利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種制備石墨烯的方法，其特征在于將一定質(zhì)量的石墨粉或鱗片石墨浸泡于混酸溶液中，所述混酸按一種強(qiáng)吸水性濃酸與一種氧化性濃酸按照一定的比例混合，并加入過量的一種或是幾種極性插層劑，攪拌6-24小時；然后將上述混合物用水清洗，直至洗出液的PH為5 7，在60攝氏度的溫度下烘干，烘干后的樣品在600-1000W微波功率的微波裝置中微波處理0. 5-2分鐘，將所得到的石墨，分散到水中或是有機(jī)溶劑中，在細(xì)胞粉碎器超聲作用10-40分鐘后即可得到石墨烯。
2.權(quán)利要求1中所述的一種制備石墨烯的方法，其特征在于所述混酸可以是濃磷酸與硝酸的混酸或者濃硫酸與硝酸的混酸，其中濃磷酸或濃硫酸與硝酸的體積比為3 1 4 1，硝酸的濃度為10-12mol/L。
3.權(quán)利要求1中所述的一種制備石墨烯的方法，其特征在于所述插層劑是指在高溫下能分解出氣體的無機(jī)鹽類，這些無機(jī)鹽類包括但不限于冰醋酸，三氯化鐵，硝酸銨，氯酸鉀，氯酸鋰，草酸鉀，草酸銨，加入的無機(jī)鹽與石墨的質(zhì)量比為0.5-4 1，冰醋酸與石墨的比率為，Ig石墨搭配0. 5-2mL冰醋酸。
4.權(quán)利要求1中所述的一種制備石墨烯的方法，其特征在于在實(shí)施攪拌6-24小時之前，對混合溶液進(jìn)行超聲處理。
5.權(quán)利要求1中所述的一種制備石墨烯的方法，其特征在于在進(jìn)行微波處理的過程中可以在負(fù)壓條件下進(jìn)行，所述負(fù)壓條件是指真空度為OPa lOOOPa。
6.權(quán)利要求1中所述的一種制備石墨烯的方法，其特征在于使用高溫加熱的方式代替微波處理，所述高溫加熱是指在溫度800-1000攝氏度的條件下加熱15-120秒。
7.權(quán)利要求1中所述的一種制備石墨烯的方法，其特征在于當(dāng)樣品經(jīng)過微波處理后分散到水或有機(jī)溶劑中，所述有機(jī)溶劑是指極性有機(jī)溶劑，這些有機(jī)溶劑包括但不限于甲基甲酰胺(DMF)，N甲基吡咯烷酮(NMP)，二甲基亞砜(DMSO)。
8.一種制備石墨烯的方法，其特征在于將一定質(zhì)量的石墨粉或是鱗片石墨分散到氯磺酸與濃硫酸與高氯酸的混酸中，超聲15分鐘左右，然后浸泡2-24小時，然后將雙氧水滴加到上述混合物中進(jìn)行反應(yīng)，直到可流動的混合液變成了接近固相的凝膠時，停止滴加雙氧水，用水清洗上述凝膠，直至洗出液的PH近7時即可得到石墨烯的水分散液。
9.權(quán)利要求8中所述的一種制備石墨烯的方法，其特征在于加入一些無機(jī)插層劑與石墨一同浸泡于氯磺酸混酸中，然后再進(jìn)行雙氧水反應(yīng)，所述插層劑是指在高溫下能分解出氣體的無機(jī)鹽類，這些無機(jī)鹽類包括但不限于冰醋酸，三氯化鐵，硝酸銨，氯酸鉀，氯酸鋰，草酸鉀，草酸銨，加入的無機(jī)鹽與石墨的質(zhì)量比為0.5-4 1，冰醋酸與石墨的比率為， Ig石墨搭配0. 5-2mL冰醋酸。
10.權(quán)利要求8中所述的一種制備石墨烯的方法，其特征在于在浸泡步驟中加入表面活性劑和聚合物，所述聚合物和表面活性劑包括但不限于十二烷基磺酸鈉，十六烷基苯磺酸鈉，triton X-100，聚苯乙烯，聚苯乙烯磺酸鈉，聚苯胺，聚胺基苯磺酸鈉，聚吡咯，聚噻盼，PEDOT。加入表面活性劑和聚合物與石墨的質(zhì)量比為0.25-1. 5 1。
11.權(quán)利要求8中所述的一種制備石墨烯的方法，其特征在于在浸泡步驟中加入聚合物單體，所述聚合物單體包括但不限于胺，苯乙烯，吡咯，噻吩，3，4-乙撐二氧噻吩。
12.權(quán)利要求8中所述的一種制備石墨烯的方法，其特征在于在浸泡步驟中加入一些其他無機(jī)鹽，這些無機(jī)鹽包括但不限于硝酸銨，氯酸鉀，高氯酸鉀，氯酸鋰，高氯酸鋰，五氧化二磷，過硫酸銨，石墨與無機(jī)鹽的質(zhì)量比為1 0.05-0.1。
13.權(quán)利要求8中所述的一種制備石墨烯的方法，其特征在于在酸溶液中加入一些有機(jī)表面活性劑，這里所述的有機(jī)表面活性劑包括但不限于甲基甲酰胺(DMF)，N甲基吡咯烷酮(NMP)，二甲基亞砜(DMSO)。
14.權(quán)利要求8中所述的一種制備石墨烯的方法，其特征在于當(dāng)?shù)渭与p氧水的反應(yīng)結(jié)束以后，將凝膠置于極性有機(jī)溶劑中，然后再進(jìn)行超聲處理，隨后再進(jìn)行水洗的步驟。
15.一種制備石墨烯的方法，其特征在于權(quán)利要求8-14中所述的任意一種方法，其使用的石墨粉是通過使用權(quán)利要求1-7中所述的任意一種方法獲得的石墨烯。
全文摘要
本發(fā)明公開了一套化學(xué)法插層剝離石墨大量制備高質(zhì)量石墨烯的方法，主要的原理和途徑是，用化學(xué)法將一些試劑插入到石墨層間，然后外加能量或是一些試劑，讓層間物質(zhì)迅速的劇烈的反應(yīng)釋放出氣體，將石墨剝離成石墨烯。具體實(shí)施方案包括了液相、固相及固相-液相結(jié)合二次剝離的手段。得到的石墨烯，單層量高，由于沒有經(jīng)過氧化還原過程，缺陷極其少，含氧量只有1.63％，是已知的用石墨制備石墨烯方法中含氧量最低的。并且沒有雜質(zhì)或是分子吸附在石墨烯表面。同時此種方法成本低、產(chǎn)量高，制備方法簡單易行，低能耗，適宜大規(guī)模生成。
文檔編號C01B31/04GK102431998SQ201110278999
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月20日
發(fā)明者吳何舜 申請人:深圳市長宜景鑫投資有限公司