氧化石墨烯及石墨烯的制備方法
【專利摘要】氧化石墨烯及石墨烯的制備方法,包括以下步驟:氧化石墨烯的制備方法:將石墨原料、溶劑及氧化劑混合均勻,置于密閉反應容器中,于40~120℃下攪拌反應0.5~6h,減壓、抽濾、洗滌后,將過慮物真空干燥、研磨處理,將干燥研磨后的產(chǎn)物均勻分散于去離子水中,于酸性條件下加入氧化劑,于0~4℃攪拌反應1~4h,升溫至20~40℃攪拌反應1~2h,將反應后的懸濁液分離提純,分散于去離子水中噴霧干燥即為氧化石墨烯;石墨烯的制備方法:將氧化石墨烯超聲分散于去離子水中,加入還原劑進行還原反應后,洗滌干燥處理制得石墨烯。
【專利說明】氧化石墨烯及石墨烯的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石墨烯【技術(shù)領(lǐng)域】,具體涉及一種氧化石墨烯的制備方法及以氧化石墨烯制備石墨烯的方法。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]石墨烯是一種只有一個原子厚度的二維碳膜,是人們迄今發(fā)現(xiàn)的唯一一種由單層原子構(gòu)成的材料,碳膜中碳原子之間由化學鍵連接成六角網(wǎng)絡(luò),由于碳原子之間的化學鍵由sp2雜化軌道組成,因此石墨烯很頑強,具備可彎折、導電性強、機械強度好、透光性好等其他新材料不具備的優(yōu)良特性。石墨烯具備非比尋常的導電性能,電阻率很小,電子可以極高效地遷移,這方面性能要比傳統(tǒng)的導體和半導體高很多;電子在石墨烯中遷移不存在電子與原子的碰撞,可以大大減少能量損耗;石墨烯具備極好的透光性,但是不透氣,可以用來開發(fā)新一代保護層材料,并且可以用來開發(fā)透明電子產(chǎn)品及可穿戴電子產(chǎn)品。石墨烯產(chǎn)品的制備方法多樣,但是存在一些弊端,尤其是在制備過程中難以控制產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)率,生產(chǎn)過程中的加工條件稍微變化如溫度和時間的變化,就會給產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)率帶來很大影響,因此難以實現(xiàn)規(guī)?;苽?。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]針對上述現(xiàn)存技術(shù)問題,本發(fā)明提供了一種工藝簡單、易操作的制備氧化石墨烯及石墨烯的方法,制備條件對產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)率影響相對較小,產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)率易于控制,適合規(guī)?;a(chǎn)。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為:一種氧化石墨烯及石墨烯的制備方法,包括以下步驟:
al.氧化石墨烯的制備方法:將石墨原料、溶劑及氧化劑混合均勻,置于密閉反應容器中,于4(T12(TC下攪拌反應0.5飛h,減壓、抽濾、洗滌后,將過慮物真空干燥、研磨。
[0007]a2.二次氧化:將干燥后的產(chǎn)物均勻分散于去離子水中,于酸性條件下加入氧化齊U,于(T4°c攪拌反應f 4h,升溫至2(T40°C攪拌反應f 2h,將反應后的懸濁液分離提純,分散于去離子水中噴霧干燥即為氧化石墨烯。
[0008]b.石墨烯的制備方法:將氧化石墨烯超聲分散于去離子水中,加入還原劑進行還原反應后,洗滌干燥處理制得石墨烯。
[0009]作為優(yōu)選,所述石墨原料為鱗片石墨、石墨粉或膨脹石墨。
[0010]作為優(yōu)選,所述溶劑為濃硫酸,濃硫酸與石墨原料的重量比為1(Γ50:1。。
[0011]作為優(yōu)選,al中所述氧化劑為高錳酸鉀,所述高錳酸鉀與石墨原料的重量比為3^8:1 ;a2中所述氧化劑為高錳酸鉀與過氧化氫,所述高錳酸鉀與石墨原料的重量比為廣4:1,所述過氧化氫與石墨原料的重量比為5?10:1,a2中所述去離子水與石墨原料的重量比為100?1000:1。
[0012]a2所述分離提純過程為:于室溫下將懸濁液進行離心沉降,去除上層清液,沉降物中加入去離子水并攪拌5?1min后進行離心沉降,去除上層清液,重復加入去離子水并離心的過程廣2次,取沉降物加入無水乙醇,攪拌ClOmin后,進行離心沉降,取沉降物重復無水乙醇洗滌廣2次后,將沉降物干燥處理。
[0013]作為優(yōu)選,所述離心轉(zhuǎn)速為4500?6000r/min,時間為3?8min。
[0014]作為優(yōu)選,所述還原劑為NaOH、KOH或水合肼。
[0015]作為優(yōu)選,還原劑與氧化石墨烯的質(zhì)量比為廣4:1。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的技術(shù)方案具備的優(yōu)點:本發(fā)明同時提供了石墨烯及作為制備石墨烯原料的氧化石墨烯的制備方法,工藝簡單而且易于操作,原輔料的選擇比較常見,適合規(guī)?;a(chǎn);本發(fā)明氧化石墨烯的制備過程中,兩次氧化過程使石墨被氧化剝離程度較深;分離純化過程可以得到純度極高的氧化石墨,并最終得到高質(zhì)量的氧化石墨烯及石墨稀。
[0017]
【具體實施方式】
[0018]一種氧化石墨烯及石墨烯的制備方法,包括以下步驟:
al.制備氧化石墨烯:將石墨原料、溶劑及氧化劑混合均勻,置于密閉反應容器中,于4(T12(TC下攪拌反應0.5飛h,減壓、抽濾、洗滌后,將過慮物真空干燥、研磨。
[0019]a2.二次氧化:將干燥后的產(chǎn)物均勻分散于去離子水中,于酸性條件下加入氧化齊U,于(T4°c攪拌反應f 4h,升溫至2(T40°C攪拌反應f 2h,將反應后的懸濁液分離提純,分散于去離子水中噴霧干燥即為氧化石墨烯。
[0020]b.石墨烯的制備方法:將氧化石墨烯超聲分散于去離子水中,加入還原劑進行還原反應后,洗滌干燥處理制得石墨烯。
[0021]本發(fā)明制備氧化石墨烯的過程分為兩個步驟,包括兩次氧化,可以使石墨深度氧化和剝離。
[0022]所述石墨原料可以為鱗片石墨、石墨粉或膨脹石墨,優(yōu)選膨脹石墨或3(Γ1000目的石墨粉,因為膨脹石墨結(jié)構(gòu)疏松,石墨粉顆粒較細,這都有利于石墨的氧化及剝離。
[0023]所述溶劑為濃硫酸,濃硫酸與石墨原料的重量比為1(Γ50:1。
[0024]al中所述氧化劑為高錳酸鉀,所述高錳酸鉀與石墨原料的重量比為3?8:1,在濃硫酸的溶液中高錳酸鉀的氧化作用非常強,可以較為徹底的氧化石墨;a2中所述氧化劑為高錳酸鉀與過氧化氫,所述高錳酸鉀與石墨原料的重量比為廣4:1,所述過氧化氫與石墨原料的重量比為5?10:1,a2中所述去離子水與石墨原料的重量比為10(Γ1000:1。
[0025]二次氧化的具體過程為:將干燥后的產(chǎn)物超聲分散于少量去離子水中,去離子水的量與石墨原料的重量比為1(T30:1,加入鹽酸或硫酸調(diào)節(jié)PH小于3,加入高猛酸鉀于(T4°C攪拌反應f4h,加入過氧化氫,升溫至2(T40°C攪拌反應f2h,將反應后的懸濁液分離提純,分散于去離子水中噴霧干燥。
[0026]a2所述分離提純過程為:于室溫下將懸濁液進行離心沉降,去除上層清液,沉降物中加入去離子水并攪拌5?1min后進行離心沉降,去除上層清液,重復加入去離子水并離心的過程廣2次,取沉降物加入無水乙醇,攪拌5?10min后,進行離心沉降,取沉降物重復無水乙醇洗滌廣2次后,將沉降物干燥處理。
[0027]所述分離過程可以得到純度很高的氧化石墨固體,而且采用無水乙醇離心洗滌可以克服水洗過程中存在的固液分離難及洗滌不徹底的問題。
[0028]所述離心轉(zhuǎn)速為4500?6000r/min,時間為3?8min。
[0029]所述還原劑為NaOH、KOH或水合肼,還原劑與氧化石墨烯的質(zhì)量比為I?4:1。
[0030]將還原反應后的溶液過濾,取過濾物干微波加熱處理,處理后冷卻酸洗、水洗過濾、過濾物干燥即為石墨烯。
[0031]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的一種氧化石墨烯及石墨烯的制備方法做進一步的說明:
實施例1:
氧化石墨烯的制備方法:取I份石墨粉作為石墨原料與10份濃硫酸及3份高錳酸鉀混合均勻,置于密閉反應容器中,于40°C水浴加熱條件下攪拌反應6h,經(jīng)減壓、抽濾、洗滌后,將過慮物真空干燥、研磨。將干燥研磨后的產(chǎn)物超聲分散于10份去離子水中,加入鹽酸調(diào)節(jié)PH小于3,加入I份高錳酸鉀于0°C攪拌反應4h,加入5份過氧化氫,升溫至20°C水浴攪拌反應2h,將反應后的懸濁液分離提純,分散于去離子水中噴霧干燥即得氧化石墨烯,上述份數(shù)為重量份。
[0032]上述分離提純的過程具體為:于室溫下將懸濁液進行離心沉降,去除上層清液,沉降物中加入去離子水并攪拌5min后進行離心沉降,去除上層清液,重復加入去離子水并離心的過程I次,取沉降物加入無水乙醇,攪拌5min后,進行離心沉降,取沉降物重復無水乙醇洗滌I次后,將沉降物干燥處理。上述離心條件為:4500r/min,離心3min。
[0033]石墨烯的制備方法:取I份氧化石墨烯超聲分散于去離子水中,加入I份還原劑NaOH進行還原反應后,將還原反應后的溶液過濾,取過濾物干微波加熱處理,處理后冷卻酸洗、水洗過濾、過濾物干燥即為石墨烯。所述份數(shù)為重量份。
[0034]實施例2:
氧化石墨烯的制備方法:取I份鱗片石墨作為石墨原料與50份濃硫酸及8份高錳酸鉀混合均勻,置于密閉反應容器中,于120°C油浴加熱條件下攪拌反應0.5h,經(jīng)減壓、抽濾、洗滌后,將過慮物真空干燥、研磨。將干燥研磨后的產(chǎn)物超聲分散于30份去離子水中,加入硫酸調(diào)節(jié)PH小于3,加入4份高錳酸鉀于4°C攪拌反應lh,加入10份過氧化氫,升溫至40°C水浴攪拌反應lh,將反應后的懸濁液分離提純,分散于去離子水中噴霧干燥即得氧化石墨烯,上述份數(shù)為重量份。
[0035]上述分離提純的過程具體為:于室溫下將懸濁液進行離心沉降,去除上層清液,沉降物中加入去離子水并攪拌1min后進行離心沉降,去除上層清液,重復加入去離子水并離心的過程2次,取沉降物加入無水乙醇,攪拌1min后,進行離心沉降,取沉降物重復無水乙醇洗滌2次后,將沉降物干燥處理。上述離心條件為:6000r/min,離心8min。
[0036]石墨烯的制備方法:取I份氧化石墨烯超聲分散于去離子水中,加入4份還原劑KOH進行還原反應后,將還原反應后的溶液過濾,取過濾物干微波加熱處理,處理后冷卻酸洗、水洗過濾、過濾物干燥即為石墨烯。所述份數(shù)為重量份。
[0037]實施例3: 氧化石墨烯的制備方法:取I份膨脹石墨作為石墨原料與30份濃硫酸及5份高錳酸鉀混合均勻,置于密閉反應容器中,于80°C水浴加熱條件下攪拌反應2h,經(jīng)減壓、抽濾、洗滌后,將過慮物真空干燥、研磨。將干燥研磨后的產(chǎn)物超聲分散于20份去離子水中,加入硫酸調(diào)節(jié)PH小于3,加入3份高錳酸鉀于2°C攪拌反應2.5h,加入7份過氧化氫,升溫至30°C水浴攪拌反應2h,將反應后的懸濁液分離提純,分散于去離子水中噴霧干燥即得氧化石墨烯,上述份數(shù)為重量份。
[0038]上述分離提純的過程具體為:于室溫下將懸濁液進行離心沉降,去除上層清液,沉降物中加入去離子水并攪拌7min后進行離心沉降,去除上層清液,重復加入去離子水并離心的過程I次,取沉降物加入無水乙醇,攪拌9min后,進行離心沉降,取沉降物重復無水乙醇洗滌2次后,將沉降物干燥處理。上述離心條件為:5200r/min,離心7min。
[0039]石墨烯的制備方法:取I份氧化石墨烯超聲分散于去離子水中,加入3份還原劑水合肼進行還原反應后,將還原反應后的溶液過濾,取過濾物干微波加熱處理,處理后冷卻酸洗、水洗過濾、過濾物干燥即為石墨烯。所述份數(shù)為重量份。
[0040]應當說明的是,本發(fā)明所列舉的實施例及原料僅為較適合條件下的方法與原料,在不脫離本發(fā)明構(gòu)思和原理的前提下所作出的簡單修飾或修改都將落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種氧化石墨烯及石墨烯的制備方法,其特征在于包括以下步驟: al.氧化石墨烯的制備方法:將石墨原料、溶劑及氧化劑混合均勻,置于密閉反應容器中,于4(T12(TC下攪拌反應0.5飛h,減壓、抽濾、洗滌后,將過慮物真空干燥、研磨; a2.二次氧化:將干燥后的產(chǎn)物均勻分散于去離子水中,于酸性條件下加入氧化劑,于(T4°C攪拌反應f4h,升溫至2(T40°C攪拌反應f2h,將反應后的懸濁液分離提純,分散于去離子水中噴霧干燥即為氧化石墨烯; b.石墨烯的制備方法:將氧化石墨烯超聲分散于去離子水中,加入還原劑進行還原反應后,洗滌干燥處理制得石墨烯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化石墨烯及石墨烯的制備方法,其特征在于:所述石墨原料為鱗片石墨、石墨粉或膨脹石墨。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化石墨烯及石墨烯的制備方法,其特征在于:所述溶劑為濃硫酸,濃硫酸與石墨原料的重量比為1(Γ50:1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化石墨烯及石墨烯的制備方法,其特征在于:al中所述氧化劑為高錳酸鉀,所述高錳酸鉀與石墨原料的重量比為3?8:1 ;a2中所述氧化劑為高錳酸鉀與過氧化氫,所述高錳酸鉀與石墨原料的重量比為廣4:1,所述過氧化氫與石墨原料的重量比為5?10:1,a2中所述去離子水與石墨原料的重量比為10(Γ1000:1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化石墨烯及石墨烯的制備方法,其特征在于:a2所述分離提純過程為:于室溫下將懸濁液進行離心沉降,去除上層清液,沉降物中加入去離子水并攪拌5?10min后進行離心沉降,去除上層清液,重復加入去離子水并離心的過程f 2次,取沉降物加入無水乙醇,攪拌5?10min后,進行離心沉降,取沉降物重復無水乙醇洗滌廣2次后,將沉降物干燥處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種氧化石墨烯及石墨烯的制備方法,其特征在于:所述離心轉(zhuǎn)速為450(T6000r/min,時間為3?8min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化石墨烯及石墨烯的制備方法,其特征在于:所述還原劑為NaOH、KOH或水合肼。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的一種氧化石墨烯及石墨烯的制備方法,其特征在于:還原劑與氧化石墨烯的質(zhì)量比為廣4:1。
【文檔編號】C01B31/04GK104386679SQ201410638933
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月13日
【發(fā)明者】姜輝 申請人:蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學院