專利名稱：一種大量制備高質(zhì)量石墨烯的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大量制備高質(zhì)量石墨烯的方法，屬無機材料化學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
石墨烯自2004年被Geim小組發(fā)現(xiàn)以來，便迅速引發(fā)科學(xué)家的極大關(guān)注，研究熱潮持續(xù)至今。石墨烯只有單原子層厚度，是由碳原子組成的二維網(wǎng)狀平面有序堆積而成的晶體，可作為構(gòu)筑其它碳材料的基本單元。同時，它還是一種零禁帶半導(dǎo)體材料。這些結(jié)構(gòu)特性使石墨烯具有很多優(yōu)異性能和特殊效應(yīng)，如:突出的比表面積、極好的熱傳導(dǎo)性、極高的電子輸送效率、迪拉克費米子、雙機場效應(yīng)及室溫下的量子霍爾效應(yīng)等，因而，被認為在生物、能源、光電、機械等領(lǐng)域具有十分誘人的應(yīng)用前景。目前石墨烯的制備方法主要有微機械剝離法、取向附生法、加熱SiC法、化學(xué)分散/還原法以及化學(xué)氣相沉積法等。其中化學(xué)分散/還原法，由于其所需制備條件較為溫和且合成成本低廉，被認為是最適宜于大量制備石墨烯的方法。但是此合成方法也存在費時、費水、產(chǎn)率低，產(chǎn)物石墨烯表面缺陷較多，導(dǎo)電性有一定損失等缺陷。因此，化學(xué)分散/還原法要真正實現(xiàn)工業(yè)化的石墨烯大規(guī)模制備，必須對以上不足之處進行改進。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有化學(xué)分散/還原制備石墨烯方法的不足，提出一種氨水洗滌大量制備高質(zhì)量石墨烯的方法。其特征在于具有以下的過程和步驟:1)中性氧化石墨的大量制備:向一定量的酸性氧化石墨溶液滴加10%-30%氨水，攪拌調(diào)節(jié)溶液的pH值至7 8，繼續(xù)攪拌10 30分鐘，靜置5-10分鐘；將洗至中性的氧化石墨溶液在離心機中離心5 65分鐘，倒掉上清液，即得到大量中性的氧化石墨膠狀沉淀；2)高質(zhì)量石墨烯的大量制備:將上述制得的中性氧化石墨膠狀沉淀以1:5 5:1的體積比與質(zhì)量分數(shù)為85%的水合肼溶液充分混合，超聲分散30 300分鐘；將其轉(zhuǎn)移至帶聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，在150 250°C下反應(yīng)24 60小時，經(jīng)過濾、水洗、干燥得到大量黑色的石墨烯，將其保存于干燥器中備用。本發(fā)明制備的石墨烯產(chǎn)物具有少層甚至單層的結(jié)構(gòu)，產(chǎn)率較高、比表面積和比電容均不遜色于傳統(tǒng)化學(xué)氧化-還原法制備的石墨烯。本發(fā)明的主要特點是:使用10%-30%氨水溶液調(diào)節(jié)酸性氧化石墨溶液的PH值至中性或偏堿性，既有效地縮短了離心分離所需時間、又節(jié)約大量洗至中性所需用水，同時還能基本保證產(chǎn)物石墨烯的特性。而中性氧化石墨未經(jīng)干燥處理便在水合肼溶液中分散，在保證氧化石墨完全分散的同時，減少了有毒分散介質(zhì)的用量，具有一定的環(huán)保意義。本發(fā)明制備的石墨烯已被應(yīng)用于吸附工業(yè)廢水中汞等重金屬離子，并取得了一定的成效。本發(fā)明操作簡單、成本低廉、石墨烯產(chǎn)率高。
四

圖1為本發(fā)明 所得高質(zhì)量石墨烯透射電子顯微鏡(TEM)照片。
圖2為本發(fā)明所得高質(zhì)量石墨烯X射線衍射(XRD)譜圖。
五具體實施例方式下面通過實例進一步描述本發(fā)明的特征。實例1:本實施例中的制備過程和步驟如下所述:向50ml酸性氧化石墨溶液邊攪拌邊小心添加20%的氨水溶液，調(diào)節(jié)溶液的pH值至8，繼續(xù)攪拌30分鐘，靜置片刻；將洗至中性的氧化石墨溶液在5000rpm的轉(zhuǎn)速下離心45分鐘，倒掉上清液，即得到大量中性的氧化石墨膠狀沉淀。將上述制得的中性氧化石墨膠狀沉淀以2:1的體積比與質(zhì)量分數(shù)為85%的水合肼溶液充分混合，超聲分散3小時；分散均勻后將其轉(zhuǎn)移至帶聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，并在180°C下反應(yīng)24小時，經(jīng)過濾、水洗、干燥得到大量黑色的石墨烯，將其保存于干燥器中。實例2本實施例中的制備過程和步驟與上述實例I類同。不同的是:中性氧化石墨溶液的離心沉淀在水合肼中超聲分散時間為2小時，最終制得大量高質(zhì)量石墨烯。實例3本實施例中的制備過程和步驟與上述實例I類同。不同的是:在反應(yīng)釜中加熱的溫度為165°C，反應(yīng)時間為60小時，最終制得大量高質(zhì)量石墨烯。實例4本實施例中的制備·過程和步驟與上述實例I類同。不同的是:在反應(yīng)釜中加熱的溫度為220°C，反應(yīng)時間為10小時，最終制得大量高質(zhì)量石墨烯。對實例I所制得石墨烯產(chǎn)物表征結(jié)果見附圖中的圖1、圖2。圖1為所得高質(zhì)量石墨烯透射電子顯微鏡(TEM)照片圖。從圖中可知，所得石墨烯層數(shù)較少，甚至為單層，且尺寸較大，近乎透明無色。圖2為所得高質(zhì)量石墨烯X射線衍射(XRD)譜圖。從圖中可見，在2 0=25.6°處出現(xiàn)了石墨烯(002)晶面的特征衍射峰，說明樣品為高質(zhì)量石墨烯；衍射峰寬化表明制備的石墨烯粒徑較小。
權(quán)利要求
1.一種大量制備高質(zhì)量石墨烯的方法，其特征在于具有以下過程和步驟: O中性氧化石墨的大量制備:向一定量的酸性氧化石墨溶液滴加10%-30%氨水，攪拌調(diào)節(jié)溶液的PH值至7 8，繼續(xù)攪拌10 30分鐘，靜置5-10分鐘；將洗至中性的氧化石墨溶液在離心機中離心5 65分鐘，倒掉上清液，即得到大量中性的氧化石墨膠狀沉淀； 2)高質(zhì)量石墨烯的大量制備:將上述制得的中性氧化石墨膠狀沉淀以1:5 5:1的體積比與質(zhì)量分數(shù)為85%的水合肼溶液充分混合，超聲分散30 300分鐘；將其轉(zhuǎn)移至帶聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，在150 250°C下反應(yīng)24 60小時，經(jīng)過濾、水洗、干燥得到大量黑色的石墨烯，將其 保存于干燥器中備用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大量制備高質(zhì)量石墨烯的方法。本發(fā)明的工藝過程如下將一定量酸性氧化石墨溶液，用10%～30%的氨水溶液調(diào)節(jié)pH值至7～8；取離心后沉淀，分散于少量水合肼中超聲處理若干小時，使氧化石墨剝離得到少層或單層的氧化石墨烯，然后將混合物溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，在150～250℃下反應(yīng)24～60小時，過濾、水洗后，得到大量黑色產(chǎn)物即高質(zhì)量的石墨烯。本發(fā)明采用氨水調(diào)節(jié)酸性氧化石墨溶液的pH值至中性或偏堿性，即節(jié)省洗滌時間又節(jié)約大量用水，制備的石墨烯在比表面積與比電容兩方面都不遜色于傳統(tǒng)方法制備的石墨烯。本發(fā)明操作簡便，成本低廉，產(chǎn)率高。
文檔編號C01B31/04GK103241732SQ201310139039
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月19日
發(fā)明者趙偉, 韓鵬, 齊濤, 王毅, 王麗娜, 曲景奎 申請人:中國科學(xué)院過程工程研究所