一種高質(zhì)量石墨烯及其快速制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高質(zhì)量石墨烯及其快速制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯是一種由多個碳六元環(huán)組成的二維周期蜂窩狀點陣結(jié)構(gòu)，具有許多十分優(yōu)異的性能。例如:石墨烯是已發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)中最薄卻也是最堅硬的納米材料，達130GPa，是鋼的100多倍；石墨烯幾乎是完全透明的，只吸收約2.3%的光；其導(dǎo)熱系數(shù)高達5300W-HI1-Ki,比碳納米管和金剛石還高；常溫下石墨烯具有非常高的電子迀移率，超過1500cm2-V1-S10目前石墨烯的制備方法主要有機械剝離法、氣相沉積法、外延生長法以及氧化還原法等。其中氧化還原法制備石墨烯具有工藝簡單、原料豐富等優(yōu)點，得到了廣泛的應(yīng)用。但是由于目前普遍使用的Hummers氧化法等都存在反應(yīng)時間長，肼類還原等又存在污染大，還原后導(dǎo)電能力不強等缺點。例如:申請?zhí)枮?01310555544.X的專利公開了一種石墨烯材料的制備方法，通過對石墨氧化插層、超聲剝離、水合肼還原最終得到了石墨烯材料，該石墨烯材料具有較大的比表面積，適合用作萃取吸附材料，但是該方法反應(yīng)時間長、導(dǎo)電率低，沒有發(fā)揮出石墨烯材料高導(dǎo)電等特性；申請?zhí)枮?01410636894.3的專利公開氧化石墨稀水溶液及其薄膜、石墨稀薄膜的制備方法，通過Hmnmers法制備氧化石墨烯水溶膠，然后通過層層自組裝法制備氧化石墨烯薄膜，最后經(jīng)過氫碘酸進行還原處理得到石墨烯薄膜，該薄膜具有較高的導(dǎo)電性能和透光度，方塊電阻約為60KQ/Sq，但該方法直接采用Hmiimers法制備氧化石墨稀，過程繁瑣且制備的氧化石墨稀質(zhì)量較差；申請?zhí)枮?01410638933.3的專利公開了氧化石墨烯及石墨烯的制備方法，該發(fā)明通過氧化劑對石墨原料氧化，再通過堿性還原劑對氧化石墨烯進行還原處理，得到了石墨烯，但是該方法使用的堿性還原劑有毒，污染大，且還原后的石墨烯導(dǎo)電性能較差；申請?zhí)枮?01310250399.4專利公開了氧化石墨烯的制備方法，通過將機械球磨和氧化劑氧化同時進行的方式制備氧化石墨烯，有效減少強酸、強氧化劑的使用，提高產(chǎn)率。但該方法對球磨設(shè)備的要求較高，且制備的氧化石墨烯片層受到球磨的影響普遍較小。申請?zhí)枮?01110071442.1的專利公開了一種超聲輔助Hmiimers法合成氧化石墨稀，借助硝酸鈉的輔助氧化的作用，在高猛酸鉀加入之后停止超聲振蕩有助于充分插層，高溫階段不采用超聲工藝防止氧化石墨被超聲直接剝離，實現(xiàn)低速離心分離、洗滌的目的，但是該方法需借助硝酸鈉的輔助氧化作用，且并未指出制備得到的石墨烯結(jié)構(gòu)和性能的特點。
[0003]綜上所述，目前氧化還原法制備石墨烯存在耗時長、能耗大、采用的原料多，成本高、產(chǎn)率低等缺陷，因此亟需開發(fā)出一種導(dǎo)電性好、操作簡單、成本低廉、綠色環(huán)保的高質(zhì)量石墨烯及其快速制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對【背景技術(shù)】中所指出的問題及現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種尚質(zhì)量石墨稀及其快速制備方法。
[0005]為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，發(fā)明人經(jīng)過大量的試驗研究，開發(fā)出了一種高質(zhì)量石墨烯，所述高質(zhì)量石墨烯由如下重量份的各原料制備而成:
氧化石墨烯 I份
氫碘酸5?30份，其中，所述氧化石墨烯采用如下方法制備而成:
(1)將鱗片石墨分散于濃硫酸中，在O?20°C低溫條件下超聲攪拌0.5?2小時，得到鱗片石墨分散液；
(2)向步驟(I)所述制得的鱗片石墨分散液中加入高錳酸鉀，然后將所述分散液在超聲攪拌條件下依次在O?20°C低溫下進行反應(yīng)0.5?2小時、30?50°C中溫下進行反應(yīng)0.5?2小時，80?100°C高溫下進行反應(yīng)I?3小時；
(3)向步驟(2)所述得到的產(chǎn)物中加入去離子水，繼續(xù)在80?100°C的高溫條件下超聲攪拌15分鐘，然后加入雙氧水繼續(xù)超聲攪拌至無氣泡產(chǎn)生；
(4)將步驟(3)所述得到的產(chǎn)物離心，取下層沉淀物超聲分散于稀鹽酸中，再次離心取下層沉淀物超聲分散于稀鹽酸中，重復(fù)兩次后將沉淀物超聲分散于去離子水中，真空干燥，得到所述氧化石墨稀。
[0006]進一步地，上述技術(shù)方案中所述鱗片石墨與濃硫酸、高錳酸鉀、去離子水、雙氧水的質(zhì)量比為1:50?200:1?20:150?400:10?20。
[0007]進一步地，上述技術(shù)方案中步驟(4)所述稀鹽酸的質(zhì)量濃度為I?10%。
[0008]進一步地，上述技術(shù)方案中所述氫碘酸的質(zhì)量濃度優(yōu)選為47%。
[0009]進一步地，上述技術(shù)方案中所述濃硫酸的質(zhì)量濃度優(yōu)選為98%。
[0010]進一步地，上述技術(shù)方案中所述雙氧水的質(zhì)量濃度優(yōu)選為30%。
[0011]本發(fā)明的另一目的在于提供一種上述所述高質(zhì)量石墨烯的快速制備方法，所述制備方法如下:
將所述氧化石墨烯加入氫碘酸中，在遮光條件下以及反應(yīng)溫度為10?30°C的條件下進行超聲攪拌還原反應(yīng)6?24小時，反應(yīng)結(jié)束后，離心洗滌干燥后得到所述石墨烯。
[0012]進一步地，上述技術(shù)方案中所述氫碘酸的質(zhì)量濃度優(yōu)選為47%。
[0013]進一步地，上述技術(shù)方案中所述的氧化石墨烯的制備方法如下:
(1)將鱗片石墨分散于濃硫酸中，在O?20°C低溫條件下超聲攪拌0.5?2小時，得到鱗片石墨分散液；
(2)向步驟(I)所述制得的鱗片石墨分散液中加入高錳酸鉀，然后將所述分散液在超聲攪拌條件下依次在O?20°C低溫下進行反應(yīng)0.5?2小時、30?50°C中溫下進行反應(yīng)0.5?2小時，80?100°C高溫下進行反應(yīng)I?3小時；
(3)向步驟(2)所述得到的產(chǎn)物中加入去離子水，繼續(xù)在80?100°C的高溫條件下超聲攪拌15分鐘，然后加入雙氧水繼續(xù)超聲攪拌至無氣泡產(chǎn)生；
(4)將步驟(3)所述得到的產(chǎn)物離心，取下層沉淀物超聲分散于稀鹽酸中，再次離心取下層沉淀物超聲分散于稀鹽酸中，重復(fù)兩次后將沉淀物超聲分散于去離子水中，真空干燥，得到所述氧化石墨稀。
[0014]進一步地，上述技術(shù)方案中所述鱗片石墨與濃硫酸、高錳酸鉀、去離子水、雙氧水的質(zhì)量比為1:50?200:1?20:150?400:10?20。
[0015]進一步地，上述技術(shù)方案中步驟(4)所述稀鹽酸的質(zhì)量濃度為I?10%。
[0016]進一步地，上述技術(shù)方案中所述濃硫酸的質(zhì)量濃度優(yōu)選為98%。
[0017]進一步地，上述技術(shù)方案中所述雙氧水的質(zhì)量濃度優(yōu)選為30%。
[0018]本發(fā)明將鱗片石墨分散于濃硫酸中，在低溫下超聲攪拌分散，加入高錳酸鉀，依次在低溫、中溫以及高溫下超聲攪拌，隨后加入去離子水，繼續(xù)在高溫條件下超聲攪拌，最后加入雙氧水直至不再產(chǎn)生氣泡，將上述產(chǎn)物離心后得到的下層沉積超聲分散于稀鹽酸中，再次離心取下層沉積超聲分散于稀鹽酸中，重復(fù)該過程兩次后取下層沉積超聲分散于去離子水中，抽真空干燥，得到氧化石墨烯；隨后利用氫碘酸對其進行還原，得到高質(zhì)量的石墨稀。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
(1)本發(fā)明通過將超聲、機械攪拌與氧化過程相結(jié)合，在石墨氧化反應(yīng)的同時施加超聲攪拌作用，有效促進了氧化反應(yīng)的進行，提高了氧化程度，避免了先氧化再超聲耗時長、單純氧化不徹底等問題，成功快速高效的制備出高質(zhì)量的石墨稀，對氧化還原法制備石墨稀大規(guī)模生產(chǎn)化具有一定的實際意義；
(2)本專利無需添加硝酸鈉，在濃硫酸和高錳酸鉀的氧化插層體系下借助低溫、中溫、高溫全程進行超聲與攪拌工藝的綜合作用，有利于提高石墨的氧化程度和插層效果，擴大了氧化石墨的層間距，達到了制備氧化石墨烯的目的，高溫階段的超聲攪拌擴大石墨片層間距有助于后續(xù)制備石墨烯；
(3)本發(fā)明制得的石墨烯電阻值低，本發(fā)明方法快速、操作簡單、能耗少，成本低、綠色環(huán)保。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明實施例1制備石墨烯的透射電鏡照片。
【具體實施方式】
[0021]以下通過實施例形式對本發(fā)明的上述內(nèi)容再作進一步的詳細說明，但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本發(fā)明上述內(nèi)容所實現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。
[0022]實施例1
本實施例的一種高質(zhì)量石墨烯，所述石墨烯由如下重量份的各原料制備而成:
氧化石墨烯I份
質(zhì)量濃度為47%的氫碘酸 5份，上述所述的高質(zhì)量石墨烯采用如下快速方法制備而成，包括如下步驟:
(1)將I份鱗片石墨分散于50份質(zhì)量濃度為98%的濃硫酸中，在0°C低溫條件下超聲攪拌I小時，得到鱗片石墨分散液；
(2)向步驟(I)所述制得的鱗片石墨分散液中加入高錳酸鉀10份，然后將所述分散液在超聲攪拌條件下依次在0