石墨烯的制備方法
【專利摘要】一種石墨烯的制備方法，包括以下步驟：以石墨為正極，鉑為負(fù)極插入由水和離子液體混合而成的電解液中，在正極和負(fù)極之間施加0.8V~1.5V的電壓電解4分鐘~10分鐘；在正極和負(fù)極之間施加10V~15V的電壓電解0.5分鐘~1分鐘；過濾電解液，并將過濾得到的固體物在60℃~100°C下真空干燥；及在通入保護(hù)性氣體的條件下，將固體物加熱至700℃~800℃，并保持1小時(shí)~2小時(shí)得到石墨烯。通過上述石墨烯的制備方法較為環(huán)保。
【專利說明】石墨烯的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種石墨烯的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯是一種二維單分子層材料，具有優(yōu)異的物理性質(zhì)，如高的理論比表面積、優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度、良好的柔韌性和高的電導(dǎo)率等，受到研究者的廣泛關(guān)注。
[0003]目前制備石墨烯的方法主要有機(jī)械剝離法、外延生長(zhǎng)法、氧化還原法和化學(xué)氣相沉積法?；瘜W(xué)還原法制備石墨烯往往采用水合肼等化學(xué)試劑，這些試劑具有一定毒性，對(duì)人體和環(huán)境帶來危害，環(huán)保性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]基于此，有必要提供一種較為環(huán)保的石墨烯的制備方法。
[0005]一種石墨烯的制備方法，包括如下步驟:
[0006]以石墨為正極，鉬為負(fù)極插入由水和離子液體混合而成的電解液中，在所述正極和所述負(fù)極之間施加0.8疒1.5V的電壓電解4分鐘~10分鐘，所述離子液體選自1- 丁基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽、1- 丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、N-甲基，丁基吡咯烷四氟硼酸鹽、1-乙基-3- 甲基咪唑四氟硼酸鹽及1-乙基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽中的至少一種；
[0007]在所述正極和所述負(fù)極之間施加10V~15V的電壓電解0.5分鐘分鐘；
[0008]過濾所述電解液，并將過濾得到的固體物在60°C~100° C下真空干燥；及
[0009]在通入保護(hù)性氣體的條件下，將所述固體物加熱至700°C ~800°C，并保持I小時(shí)小時(shí)得到石墨稀。
[0010]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述離子液體與水的質(zhì)量比為2:廣1:2。
[0011]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述正極與所述負(fù)極之間的間距為0.1米~I米。
[0012]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述真空干燥的時(shí)間為12小時(shí)~24小時(shí)。
[0013]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述保護(hù)性氣體選自氮?dú)饧皻鍤庵械闹辽僖环N。
[0014]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述保護(hù)性氣體的流速為200mL/min~400mL/min。
[0015]在其中一個(gè)實(shí)施例中，將所述固體物的溫度以15°C /mirT25°C /min的速率升高至700 V ~800。。。
[0016]上述石墨烯的制備方法，耗時(shí)較短，設(shè)備及工藝簡(jiǎn)單，便于操作，使用的離子液體毒性較小，較為環(huán)保。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為一實(shí)施方式的石墨烯的制備方法的流程圖；
[0018]圖2為實(shí)施例1制備的石墨烯的吸附-脫附等溫曲線?！揪唧w實(shí)施方式】
[0019]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似改進(jìn)，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施的限制。
[0020]請(qǐng)參閱圖1，一實(shí)施方式的石墨烯的制備方法，包括如下步驟:
[0021]步驟S110、以石墨為正極，鉬為負(fù)極插入由水和離子液體混合而成的電解液中，在正極和負(fù)極之間施加0.8疒1.5V的電壓電解4分鐘~10分鐘，離子液體選自1- 丁基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽([BMM] [TFSI] )、1_ 丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽([BMM][BF4] )、N-甲基，丁基吡咯燒四氟硼酸鹽(PPi4BF4)、1_乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽([EMM] [BF4])及1-乙基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽([EMM] [TFSI])中的至少一種。
[0022]該步驟中，在正極和負(fù)極之間施加0.8疒1.5V的電壓時(shí)，石墨與電解液接觸的位置開始帶正電荷，電解液中的負(fù)離子通過靜電吸附至石墨的表面。
[0023]優(yōu)選的，離子液體與水的質(zhì)量比為2:廣1:2。
[0024]優(yōu)選的，正極與負(fù)極之間的間距為0.1米~I米。
[0025]步驟S120、在正極和負(fù)極之間施加IOV~15V的電壓電解0.5分鐘~I分鐘。
[0026]該步驟中，在正極和負(fù)極之間施加10V~15V的電壓，石墨的蜂窩狀晶格平面逐漸變?yōu)閹д姾傻钠矫娲蠓肿?，此時(shí)，會(huì)有大量的帶負(fù)電荷的離子和水分子插入石墨層間，電解液中開始有漂浮物。
[0027]步驟S130、過濾電解液，并將過濾得到的固體物在60°C~100° C下真空干燥。
[0028]優(yōu)選的，烘干的時(shí)間為12小時(shí)~24小時(shí)。
[0029]該步驟中，烘干后的固體物中含有離子液體和水。
[0030]步驟S140、在通入保護(hù)性氣體的條件下，將所述固體物加熱至700°C ~800°C，并保持I小時(shí)小時(shí)得到石墨烯。
[0031]優(yōu)選的，保護(hù)性氣體選自氮?dú)饧皻鍤庵械闹辽僖环N。
[0032]優(yōu)選的，保護(hù)性氣體的流速為200mL/min~400mL/min。
[0033]優(yōu)選的，將固體物的溫度以15°C /mirT25°C /min的速率升高至700°C~80(TC。
[0034]該步驟中，固體物在保護(hù)性氣體的氛圍下進(jìn)行高溫處理，插入石墨層間的離子液體和水會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)樗魵?，一氧化碳及二氧化碳?xì)怏w，這些氣體在層間形成非常大的壓力，當(dāng)這個(gè)壓力帶來的力大于石墨片層間的范德華力時(shí)，石墨片層就會(huì)發(fā)生剝離生成石墨烯。
[0035]上述石墨烯的制備方法，耗時(shí)較短，設(shè)備及工藝簡(jiǎn)單，便于操作；使用的離子液體毒性較小，較為環(huán)保；通過電化學(xué)的方法使石墨高效轉(zhuǎn)化為石墨烯，所制備的石墨烯具有較高的比較面積。
[0036]以下結(jié)合具體實(shí)施例來進(jìn)一步說明。
[0037]實(shí)施例1
[0038]本實(shí)施例制備石墨烯的工藝流程如下:
[0039]石墨一石墨烯
[0040](1)石墨:純度 99.5% ;[0041](2)石墨烯:將(I)中的石墨制成石墨棒，用石墨棒當(dāng)作正極，用鉬棒當(dāng)著負(fù)極，外接電源；再將正負(fù)極插入由水和1-丁基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽([BMM][TFSI])構(gòu)成的電解液中(水:[BMM] [TFSI]=lg:lg)，在正負(fù)極間施加一個(gè)1.2V電壓，持續(xù)5分鐘,再在正負(fù)極間施加IOV電壓，持續(xù)I分鐘后,將電解液溶液進(jìn)行過濾,并將固體產(chǎn)物置于60° C的真空烘箱中烘12小時(shí)；最后再將烘干后的固體產(chǎn)物置于氬氣(流速:400ml/分鐘)保護(hù)下，以15° C/分鐘的升溫速率將固體產(chǎn)物的溫度升至700° C，并保持I小時(shí)，之后繼續(xù)在氬氣(流速:400ml/分鐘)保護(hù)下降至室溫，得到石墨烯。
[0042]請(qǐng)參閱圖2，圖2所示為實(shí)施例1制備的石墨烯利用BET測(cè)孔儀得出的吸附_脫附等溫曲線。其中上面的曲線為等溫脫附曲線，下面的曲線為等溫吸附曲線。由圖2可以得出實(shí)施例1制備的石墨烯的比表面積為674m2/g。
[0043]實(shí)施例2
[0044]本實(shí)施例制備石墨烯的工藝流程如下:
[0045]石墨一石墨烯
[0046](I)石墨:純度 99.5% ;
[0047](2)石墨烯:將(I)中的石墨制成石墨棒，用石墨棒當(dāng)作正極，用鉬棒當(dāng)著負(fù)極，外接電源；再將正負(fù)極插入由水和1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽[BMM] [BF4]構(gòu)成的電解液中(水:[BMM] [BF4]=2g:lg)，在正負(fù)極間施加一個(gè)IV電壓，持續(xù)4分鐘，再在正負(fù)極間施加12V電壓，持續(xù)0.5分鐘后，將電解液溶液進(jìn)行過濾，并將固體產(chǎn)物置于60° C的真空烘箱中烘24小時(shí)；最后再將烘干后的固體產(chǎn)物置于氬氣(流速:400ml/分鐘)保護(hù)下，以30° C/分鐘的升溫速率將固體產(chǎn)物的溫度升至900° C，并保持I小時(shí)，之后繼續(xù)在氬氣(流速:400ml/分鐘)保護(hù)下降至室溫，得到石墨烯。
[0048]實(shí)施例2制備的石墨烯烴BET測(cè)孔儀測(cè)試，其比表面積為619m2/g。
[0049]實(shí)施例3
[0050]本實(shí)施例制備石墨烯的工藝流程如下:
[0051]石墨一石墨烯
[0052](1)石墨:純度 99.5% ;
[0053](2)石墨烯:將(I)中的石墨制成石墨棒，用石墨棒當(dāng)作正極，用鉬棒當(dāng)著負(fù)極，外接電源；再將正負(fù)極插入由水和1-丁基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽[BMM] [TFSI]構(gòu)成的電解液中(水:[BMM] [TFSI] =Ig: lg)，在正負(fù)極間施加一個(gè)1.5V電壓，持續(xù)5分鐘，再在正負(fù)極間施加15V電壓，持續(xù)0.5分鐘后，將電解液溶液進(jìn)行過濾，并將固體產(chǎn)物置于60° C的真空烘箱中烘12小時(shí)；最后再將烘干后的固體產(chǎn)物置于氬氣(流速:200ml/分鐘)保護(hù)下，以20° C/分鐘的升溫速率將固體產(chǎn)物的溫度升至800° C，并保持I小時(shí)，之后繼續(xù)在氬氣(流速:200ml/分鐘)保護(hù)下降至室溫，得到石墨烯。
[0054]實(shí)施例3制備的石墨烯烴BET測(cè)孔儀測(cè)試，其比表面積為723m2/g。
[0055]實(shí)施例4
[0056]本實(shí)施例制備石墨烯的工藝流程如下:
[0057]石墨一石墨烯
[0058](I)石墨:純度 99.5% ;
[0059](2)石墨烯:將(I)中的石墨制成石墨棒，用石墨棒當(dāng)作正極，用鉬棒當(dāng)著負(fù)極，外接電源；再將正負(fù)極插入由水和1-乙基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽([EMM][TFSI])構(gòu)成的電解液中(水:[EMM] [TFSI] =Ig: 2g)，在正負(fù)極間施加一個(gè)1.5V電壓，持續(xù)10分鐘，再在正負(fù)極間施加15V電壓，持續(xù)I分鐘后，將電解液溶液進(jìn)行過濾，并將固體產(chǎn)物置于60° C的真空烘箱中烘12小時(shí)；最后再將烘干后的固體產(chǎn)物置于氬氣(流速:400ml/分鐘)保護(hù)下，以25° C/分鐘的升溫速率將固體產(chǎn)物的溫度升至800° C，并保持2小時(shí)，之后繼續(xù)在氬氣(流速:400ml/分鐘)保護(hù)下降至室溫，得到石墨烯。
[0060]實(shí)施例4制備的石墨烯烴BET測(cè)孔儀測(cè)試，其比表面積為786m2/g。
[0061]實(shí)施例5
[0062]本實(shí)施例制備石墨烯的工藝流程如下:
[0063]石墨一石墨烯
[0064](I)石墨:純度 99.5% ;
[0065](2)石墨烯:將(I)中的石墨制成石墨棒，用石墨棒當(dāng)作正極，用鉬棒當(dāng)著負(fù)極，外接電源；再將正負(fù)極插入由水和N-甲基，丁基吡咯烷四氟硼酸鹽(PPli4BF4)構(gòu)成的電解液中(水=(PPuBF4)=Igjg),在正負(fù)極間施加一個(gè)1.2V電壓，持續(xù)10分鐘，再在正負(fù)極間施加15V電壓，持續(xù)3分鐘后，將電解液溶液進(jìn)行過濾，并將固體產(chǎn)物置于60° C的真空烘箱中烘12小時(shí)；最后再將烘干后的固體產(chǎn)物置于氬氣(流速:400ml/分鐘)保護(hù)下，以25° C/分鐘的升溫速率將固體產(chǎn)物的溫度升至900° C，并保持2小時(shí)，之后繼續(xù)在氬氣(流速:400ml/分鐘)保護(hù)下降至室溫，得到石墨烯。
[0066]實(shí)施例5制備的石墨烯烴BET測(cè)孔儀測(cè)試，其比表面積為823m2/g。
[0067]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還`可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種石墨烯的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 以石墨為正極，鉬為負(fù)極插入由水和離子液體混合而成的電解液中，在所述正極和所述負(fù)極之間施加0.8V-1.5V的電壓電解4分鐘~10分鐘，所述離子液體選自1- 丁基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽、1- 丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、N-甲基，丁基吡咯烷四氟硼酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽及1-乙基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽中的至少一種； 在所述正極和所述負(fù)極之間施加10疒15V的電壓電解0.5分鐘分鐘； 過濾所述電解液，并將過濾得到的固體物在60°C~100° C下真空干燥；及 在通入保護(hù)性氣體的條件下，將所述固體物加熱至700°C ~800°C，并保持I小時(shí)~2小時(shí)得到石墨稀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，所述離子液體與水的質(zhì)量比為2:1~1:2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，所述正極與所述負(fù)極之間的間距為0.1米~I米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，所述真空干燥的時(shí)間為12小時(shí)~24小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，所述保護(hù)性氣體選自氮?dú)饧皻鍤庵械闹辽僖环N。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，所述保護(hù)性氣體的流速為200mL/min~400mL/min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，將所述固體物的溫度以15°C /mirT25°C /min 的速率升高至 700°C ~800°C。
【文檔編號(hào)】C01B31/04GK103663429SQ201210358354
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2012年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月24日
【發(fā)明者】周明杰, 王要兵, 鐘輝, 袁新生 申請(qǐng)人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司, 深圳市海洋王照明工程有限公司