石墨烯的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種石墨烯的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：1)在超聲波振蕩的條件下將氧化石墨分散于水中，得到氧化石墨烯的懸浮液；2)向所述懸浮液中依次加入質(zhì)量比為1:(6～12)的鋁和堿，反應(yīng)后得到混合液；3)將所述混合液過(guò)濾，然后用酸和水進(jìn)行洗滌，干燥，得到石墨烯。該方法不使用有毒原料，環(huán)保性較高，且不會(huì)引入其他官能團(tuán)影響石墨烯的電學(xué)性能，并且制備得到的石墨烯的比表面積較高。
【專利說(shuō)明】石墨烯的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石墨稀【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種石墨稀的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯是單層碳原子緊密堆積成二維蜂窩狀結(jié)構(gòu)的一種新型碳材料，其是構(gòu)件其他維度碳質(zhì)材料，如零維富勒烯、一維納米碳管、三維石墨等的基本單元。單層石墨由于其大的比表面積，優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能和低的熱膨脹系數(shù)而被認(rèn)為是理想的材料。如:1，高強(qiáng)度，楊氏摩爾量，(1，10GPa)，斷裂強(qiáng)度:(125GPa) ;2，高熱導(dǎo)率，(5, OOOff/mK) ;3，高導(dǎo)電性、載流子傳輸率，(200, 000cm2/V*s) ;4，高的比表面積，(理論計(jì)算值:2，630m2/g)。尤其是其高導(dǎo)電性質(zhì)，大的比表面性質(zhì)和其單分子層二維的納米尺度的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，可在超級(jí)電容器和鋰離子電池中用作電極材料。
[0003]到目前為止，所知道的制備石墨烯的方法有多種，如:(I)微機(jī)械剝離法。這種方法只能產(chǎn)生數(shù)量極為有限石墨烯片，可作為基礎(chǔ)研宄；(2)超高真空石墨烯外延生長(zhǎng)法。這種方法的高成本以及小圓片的結(jié)構(gòu)限制了其應(yīng)用；(3)化學(xué)氣相沉積法(CVD)。此方法可以滿足規(guī)模化制備高質(zhì)量石墨烯的要求，但成本較高，工藝復(fù)雜。(4)溶劑剝離法。此方法缺點(diǎn)是產(chǎn)率很低，限制它的商業(yè)應(yīng)用；(5)氧化-還原法。此方法是最簡(jiǎn)單可大量獲得石墨烯的一種普遍方法，比較常用的還原方法是化學(xué)還原(水合肼、乙二胺、硼氫化鈉等做還原劑)和快速熱還原，但是各種方法還原后，石墨烯都會(huì)存在一個(gè)團(tuán)聚的過(guò)程，造成石墨烯的比表面積偏小，一般小于900m2/g。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種石墨烯的制備方法，該方法不使用有毒原料，環(huán)保性較高，且不會(huì)引入其他官能團(tuán)影響石墨烯的電學(xué)性能，并且制備得到的石墨稀的比表面積$父尚。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一種石墨烯的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0007]I)在超聲波振蕩的條件下將氧化石墨分散于水中，得到氧化石墨烯的懸浮液；
[0008]2)向所述懸浮液中依次加入質(zhì)量比為1: (6?12)的銷(xiāo)和堿，反應(yīng)后得到混合液；
[0009]3)將所述混合液過(guò)濾，然后用酸和水進(jìn)行洗滌，干燥，得到石墨烯；
[0010]其中，步驟2)所述堿為氫氧化鈉或者氫氧化鉀。
[0011]進(jìn)一步，所述氫氧化鈉或氫氧化鉀與氧化石墨的質(zhì)量比為(10?25):1。
[0012]進(jìn)一步，所述步驟2)的反應(yīng)時(shí)間為6h?15h，反應(yīng)溫度為120°C?180°C。
[0013]進(jìn)一步，所述懸浮液的氧化石墨的濃度為2g/L?18g/L。
[0014]本發(fā)明提供一種石墨烯的制備方法，其是先將氧化石墨分散于水中得到氧化石墨膠體，然后以鋁為還原劑，在堿性條件下還原氧化石墨制得。本發(fā)明使用鋁作為還原劑，鋁對(duì)氧化石墨具有較好的還原性能，且其廉價(jià)無(wú)毒，不會(huì)損害操作人員的身體健康，環(huán)保性能較高，以鋁作為還原劑還不會(huì)引入其他官能團(tuán)，有利于保持石墨烯良好的電學(xué)性能。本發(fā)明方法可以制備出高比表面積石墨稀，比表面積達(dá)到1100?2000m2/g。
[0015]堿性條件下還原氧化石墨的優(yōu)點(diǎn)在于:還原程度較高，且便于對(duì)石墨烯進(jìn)行修飾。在堿性條件下，氧化石墨更容易剝離得到穩(wěn)定的帶負(fù)電的膠體，可與帶正電的片狀分子進(jìn)行靜電組裝，而這種分子層次的組裝比現(xiàn)有的物理混合效果好。因此，采用上述方法通過(guò)在還原反應(yīng)過(guò)程中引入客體分子而實(shí)現(xiàn)一步制備出修飾效果優(yōu)異的石墨烯。
[0016]引入的客體分子是在堿性條件下穩(wěn)定存在的，且能與氧化石墨表面的-OH、-O-、-COOH等反應(yīng)的化合物，可以為:金屬氧化物，如Fe3O4磁性納米粒子、ZnO或1102等；生物小分子，如寡核苷酸等；有機(jī)小分子，如吡啶等；層狀化合物，如層狀雙金屬氫氧化物等。若客體分子為金屬氧化物或氫氧化物，在高溫真空煅燒還原后得到金屬氧化物與石墨烯的復(fù)合材料。此外，在堿性條件下且在120°C?180°C的溫度范圍，鋁的還原性得到極大的增強(qiáng)，制備石墨稀純度較高。

【具體實(shí)施方式】
[0017]實(shí)施例1
[0018]I)在超聲波振蕩的條件下將氧化石墨分散于水中，形成濃度為2g/L的氧化石墨烯的懸浮液；
[0019]2)向0.3L所述懸浮液中依次加入Ig鋁和6g氫氧化鉀，反應(yīng)溫度為120°C，反應(yīng)時(shí)間為6h，得到混合液；
[0020]3)將所述混合液過(guò)濾，然后用體積分?jǐn)?shù)為5%的稀鹽酸和水進(jìn)行洗滌，干燥，得到石墨?。?br> [0021]將得到的石墨烯通過(guò)BET測(cè)試得到的比表面積為1123m2/g。
[0022]實(shí)施例2
[0023]I)在超聲波振蕩的條件下將氧化石墨分散于水中，形成濃度為4g/L的氧化石墨烯的懸浮液；
[0024]2)向0.15L所述懸浮液中依次加入Ig鋁和8g氫氧化鈉，反應(yīng)溫度為140°C，反應(yīng)時(shí)間為8h，得到混合液；
[0025]3)將所述混合液過(guò)濾，然后用體積分?jǐn)?shù)為8%的稀鹽酸和水進(jìn)行洗滌，干燥，得到石墨稀；
[0026]將得到的石墨烯通過(guò)BET測(cè)試得到的比表面積為1256m2/g。
[0027]實(shí)施例3
[0028]I)在超聲波振蕩的條件下將氧化石墨分散于水中，形成濃度為5g/L的氧化石墨烯的懸浮液；
[0029]2)向0.12L所述懸浮液中依次加入Ig鋁和9g氫氧化鈉，反應(yīng)溫度為150°C，反應(yīng)時(shí)間為9h，得到混合液；
[0030]3)將所述混合液過(guò)濾，然后用體積分?jǐn)?shù)為8%的稀鹽酸和水進(jìn)行洗滌，干燥，得到石墨??；
[0031]將得到的石墨烯通過(guò)BET測(cè)試得到的比表面積為1312m2/g。
[0032]實(shí)施例4
[0033]I)在超聲波振蕩的條件下將氧化石墨分散于水中，形成濃度為5g/L的氧化石墨烯的懸浮液；
[0034]2)向0.12L所述懸浮液中依次加入Ig鋁和12g氫氧化鈉，反應(yīng)溫度為160°C，反應(yīng)時(shí)間為12h，得到混合液；
[0035]3)將所述混合液過(guò)濾，然后用體積分?jǐn)?shù)為5%的稀鹽酸和水進(jìn)行洗滌，干燥，得到石墨?。?br> [0036]將得到的石墨烯通過(guò)BET測(cè)試得到的比表面積為1585m2/g。
[0037]實(shí)施例5
[0038]I)在超聲波振蕩的條件下將氧化石墨分散于水中，形成濃度為15g/L的氧化石墨烯的懸浮液；
[0039]2)向0.032L所述懸浮液中依次加入Ig鋁和12g氫氧化鉀，反應(yīng)溫度為170°C，反應(yīng)時(shí)間為15h，得到混合液；
[0040]3)將所述混合液過(guò)濾，然后用體積分?jǐn)?shù)為5%的稀鹽酸和水進(jìn)行洗滌，干燥，得到石墨??；
[0041]將得到的石墨烯通過(guò)BET測(cè)試得到的比表面積為2032m2/g。
[0042]實(shí)施例6
[0043]I)在超聲波振蕩的條件下將氧化石墨分散于水中，形成濃度為12g/L的氧化石墨烯的懸浮液；
[0044]2)向0.05L所述懸浮液中依次加入2g鋁和12g氫氧化鉀，反應(yīng)溫度為170°C，反應(yīng)時(shí)間為15h，得到混合液；
[0045]3)將所述混合液過(guò)濾，然后用體積分?jǐn)?shù)為6%的稀鹽酸和水進(jìn)行洗滌，干燥，得到石墨稀；
[0046]將得到的石墨烯通過(guò)BET測(cè)試得到的比表面積為1894m2/g。
[0047]實(shí)施例7
[0048]I)在超聲波振蕩的條件下將氧化石墨分散于水中，形成濃度為18g/L的氧化石墨烯的懸浮液；
[0049]2)向0.042L所述懸浮液中依次加入3g鋁和18g氫氧化鉀，反應(yīng)溫度為180 °C，反應(yīng)時(shí)間為13h，得到混合液；
[0050]3)將所述混合液過(guò)濾，然后用體積分?jǐn)?shù)為6%的稀鹽酸和水進(jìn)行洗滌，干燥，得到石墨?。?br> [0051]將得到的石墨烯通過(guò)BET測(cè)試得到的比表面積為1700m2/g。
[0052]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【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: 1)在超聲波振蕩的條件下將氧化石墨分散于水中，得到氧化石墨烯的懸浮液； 2)向所述懸浮液中依次加入質(zhì)量比為1:出?12)的鋁和堿，反應(yīng)后得到混合液； 3)將所述混合液過(guò)濾，然后用酸和水進(jìn)行洗滌，干燥，得到石墨烯； 其中，步驟2)所述堿為氫氧化鈉或者氫氧化鉀。
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，所述氫氧化鈉或氫氧化鉀與氧化石墨的質(zhì)量比為(10?25):1。
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，所述步驟2)的反應(yīng)時(shí)間為6h?15h，反應(yīng)溫度為120°C?180°C。
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，所述懸浮液的氧化石墨的濃度為2g/L?18g/L。
【文檔編號(hào)】C01B31/04GK104495801SQ201410705302
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月27日
【發(fā)明者】林前鋒 申請(qǐng)人:林前鋒