專利名稱：一種制備高質(zhì)量石墨烯的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高質(zhì)量石墨烯制備方法，屬于材料化學(xué)制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
石墨烯(graphene)是由碳原子構(gòu)成的以苯環(huán)為基本單元的具有二維蜂窩狀結(jié)構(gòu)的單原子層材料，是構(gòu)建其它維度碳質(zhì)材料(如零維富勒烯、一維碳納米管和三維石墨)的基本單元。石墨烯具有優(yōu)異的電學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)性能，例如，石墨烯具有10倍于商用硅片的高載流子遷移率(達ISOOOcm2V-1S-1)，并且載流子表現(xiàn)出明顯的雙極場效應(yīng)特性和室溫亞微米尺度的彈道傳輸特性，極高和連續(xù)可調(diào)的載流子濃度(可達IO13CnT2)；石墨烯的強度可達130GPa，是鋼的100多倍；石墨烯的熱導(dǎo)率可達5000W/m · K，是室溫下純金剛石的3倍； 石墨烯對近紅外、可見光及紫外光均具有優(yōu)異的透過性等等。因此，石墨烯可望在高性能納電子器件、復(fù)合材料、場發(fā)射材料、顯示器件、氣體傳感器及能量存儲等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。 由于其獨特的二維結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的晶體學(xué)質(zhì)量，石墨烯蘊含了豐富而新奇的物理現(xiàn)象，因此， 石墨烯迅速成為化學(xué)、材料科學(xué)和凝聚態(tài)物理領(lǐng)域近年來的研究熱點。目前，石墨烯的應(yīng)用主要涉及物理和化學(xué)兩個領(lǐng)域，物理研究主要集中在電子特性和機械特性，化學(xué)研究主要有制備、表面和化學(xué)修飾。而石墨烯的大規(guī)模應(yīng)用亟需實現(xiàn)大規(guī)模、可重復(fù)地制備平整、均勻、厚度和尺寸可控的高質(zhì)量石墨烯材料。Geim等人最初采用“微機械力分裂法”，即通過機械力從石墨晶體表面剝離石墨烯片層并轉(zhuǎn)移到氧化硅等載體表面上。雖然這種方法可以制備微米大小的石墨烯，但是其可控性差，產(chǎn)量低。通過加熱 SiC(OOOl)單晶表面外延生長石墨烯結(jié)構(gòu)，這種擔載的石墨烯可以通過光刻過程直接做成電子器件。但是由于SiC晶體表面在高溫加熱過程中表面容易發(fā)生重構(gòu)，導(dǎo)致表面結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，難以獲得大面積、厚度均一的石墨烯。化學(xué)氣相沉積法(CVD)是以金屬單晶或多晶金屬薄膜為襯底，在其表面上暴露并高溫分解含碳化合物可以生成石墨烯結(jié)構(gòu)，但是生長石墨烯的金屬襯底難除去。目前制備石墨烯應(yīng)用最多的是化學(xué)剝離法，即通過強氧化劑把石墨氧化，形成氧化石墨烯，而后再用強的還原劑將氧化石墨烯還原成石墨烯?；瘜W(xué)剝離的過程中所使用的強氧化劑，會破壞石墨烯平面的碳骨架，產(chǎn)生缺陷，導(dǎo)致所得的石墨烯導(dǎo)電性能下降。因此，如何簡單可控宏量的制備高質(zhì)量的石墨烯是目前研究的一大難點和熱點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可以宏量制備高質(zhì)量石墨烯的方法。發(fā)明的基本思路是利用活潑金屬和無水乙醇或低碳鹵代烴反應(yīng)生成新生態(tài)的碳，新生態(tài)的碳重構(gòu)成石墨烯。與傳統(tǒng)的化學(xué)剝離法制備石墨烯方法相比，本發(fā)明得到的石墨烯缺陷少、導(dǎo)電性好，且操作簡單、步驟少、制備成本很低，可以宏量制備。本發(fā)明以活潑金屬鋰、鉀、鈉、鎂、鈣、鍶、鋇、鑭等中的一種或幾種的組合，低碳鹵代烴為三氯甲烷、四氯化碳、四溴化碳、六氯苯、六氯乙烷、七氯丙烷及無水乙醇中的一種或幾種組合原料，在惰性氣氛保護下，采用溶劑熱合成石墨烯。下面詳細描述本發(fā)明。
a)石墨烯的合成活潑金屬鋰、鈉、鉀、鎂、鈣、鍶、鋇、鑭中的一種或幾種的組合和低碳鹵代烴四氯化碳、四溴化碳、三氯甲烷、六氯苯、六氯乙烷、七氯丙烷或無水乙醇中的一種或幾種組合為原料在惰性氣氛如氬氣、氮氣等中反應(yīng)，反應(yīng)時間為0. 5-60小時，溫度為60-500°C，反應(yīng)時間和溫度均根據(jù)金屬和碳源的種類有所不同，活潑金屬與碳源的摩爾比為0. 5-6。反應(yīng)容器為能耐高壓的密閉反應(yīng)釜，反應(yīng)前要把反應(yīng)釜擰緊，以防反應(yīng)過程中涉及的氣體泄漏。當金屬和鹵代烴接觸后應(yīng)快速升溫(約60min之內(nèi))至所需溫度并保溫5_50h。b)石墨烯的提純當反應(yīng)結(jié)束后，得到的石墨烯中含有未反應(yīng)的鹵代烴以及產(chǎn)生的金屬鹵化物等副產(chǎn)物。因此，需要對得到的石墨烯提純。①先往反應(yīng)得到的混合物中加入大量的丙酮，并充分攪拌0. 5-lh以使得丙酮充分溶解鹵代烴。所需丙酮的量根據(jù)反應(yīng)過程中所加的鹵代烴的量而變化。②過濾步驟①的混合液中得到濾餅，并用去離子水將濾餅洗出。③往②中加入20-200mL的摩爾分數(shù)為10% -35%的鹽酸，加熱至60_80°C，充分攪拌。此處加入鹽酸的目的是為了更好的除去反應(yīng)過程中的產(chǎn)生的堿金屬鹵化物。④將混合液③過濾，并用大量的去離子水洗滌。⑤真空干燥得到石墨烯樣品，真空干燥溫度為60-100°C，真空干燥時間6-10h。⑥步驟⑤所得的樣品超聲10-60min分散后即得石墨烯產(chǎn)品。為了表征本發(fā)明提供的方法制備的石墨烯的特征，特進行了性能表征以及用化學(xué)剝離方法制備石墨烯進行性能比對的工作(1)石墨烯的形貌及結(jié)構(gòu)表征對本發(fā)明所得石墨烯樣品通過掃描電鏡(SEM，LE0-1530VP)和透射電子顯微鏡(JEM 2010)觀察樣品的形貌；通過原子力顯微鏡(AFM，日本kiko II SPI3800V & spa300HV型)來觀察石墨烯薄片的表面及厚度。用拉曼光譜(Renishawinvia Raman Microscope，激發(fā)波長為 514. 5nm)表征石墨烯的結(jié)構(gòu)。用X-射線光電子能譜(XPQ分析樣品表面的各元素相對含量比例及其化合態(tài)。儀器為美國PHI公司的PHI 5000C ESCA System ；采用條件為鎂靶，高壓14. OkV，功率250W， 真空優(yōu)于1 X lOlorr。采用美國RBD公司的RBD147數(shù)據(jù)采集卡和AugerScan3. 21軟件分別采集樣品的0 1200eV的全掃描譜(通能為93. 9eV)，而后采集各元素相關(guān)軌道的窄掃描譜(通能為23. 5eV)，并采用AugerScan3. 21軟件進行數(shù)據(jù)分析。以Cls = 284. 6eV為基準進行結(jié)合能校正。用電化學(xué)工作站(CHI 660B)測交流阻抗來表征石墨烯的電學(xué)性能。用本發(fā)明的石墨烯與化學(xué)剝離法(即Hummers法)制備的相對比其導(dǎo)電性。(2)化學(xué)剝離法制備石墨烯為對比本發(fā)明制備得到石墨烯的導(dǎo)電性，用Hummers法制備得到氧化石墨烯，即用濃硫酸、硝酸鈉和高錳酸鉀氧化片狀石墨得到氧化石墨，再用超聲剝離得到氧化石墨烯 [W. S. Hummers, etc. J. Am. Chem. Soc. (1958) 1339]。后用高溫熱裂解的方法來還原氧化石墨烯。如附圖 7[D. Li, etc. Nature Nanotech. 3 (2008) 101-105.](詳見實施例 1)。本發(fā)明具有操作簡單，成本低廉，可得到缺陷少、導(dǎo)電性好、質(zhì)量高的石墨烯。本發(fā)明制備得到的石墨烯可在光電器件如銅銦鎵硒、碲化鎘、染料敏化等太陽能電池，平板顯示、超級電容器、場發(fā)射材料、鋰離子電池等領(lǐng)域中有廣闊的應(yīng)用前景。


圖1石墨烯的掃描電鏡照片，從圖中可以看出是花一樣的片狀結(jié)構(gòu)。圖2原子力顯微鏡(AFM)圖，圖2(a)為大片石墨烯的結(jié)構(gòu)，其尺寸在15_20 μ m之間，從圖2(b)中可以看出得到的石墨烯其厚度為0. Snm左右，為單層石墨烯。圖3透射電鏡照片，從圖(a) (c)中可知得到的樣品為片狀結(jié)構(gòu)，圖3(b)為高分辨電鏡照片，從中可看出得到的石墨烯層數(shù)η < 3。圖4Raman譜，圖4(a)化學(xué)剝離法得到的石墨烯的Raman光譜圖，G峰與D峰強度之比Ie/ID 1. 1。圖(b)為為本發(fā)明得到的石墨烯的Raman光譜圖。圖5為碳元素Is軌道的窄掃描譜。圖6本發(fā)明得到的石墨烯與用化學(xué)剝離法得到的石墨烯對比的交流阻抗圖。曲線 1為化學(xué)剝離得到的石墨烯交流阻抗曲線，2為本發(fā)明制得的石墨烯交流阻抗曲線。圖7圖解Hummer法制備氧化石墨烯并進一步還原為石墨烯。
具體實施例方式下面介紹本發(fā)明的實施例，以進一步增加對本發(fā)明的了解，但本發(fā)明絕非限于實施例。實施例1 石墨烯的合成在煤油中取出金屬鉀，放入無水無氧的手套箱(含Η20<0· lppm,02<0. lppm)內(nèi)， 以方便以后使用。在手套箱內(nèi)取2. Og的鉀，放入容積為30mL的具有聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，加入IOmL的四氯化碳。迅速擰緊密封。將反應(yīng)釜放入烘箱內(nèi)，在60min內(nèi)迅速升溫至120°C，保溫8h。石墨烯的純化反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻到室溫。打開反應(yīng)釜，往內(nèi)襯里加入IOOmL的丙酮，將反應(yīng)產(chǎn)物全部洗出至200mL燒杯中，充分攪拌30min。過濾。將濾餅用去離子水洗出，加入IOOmL 的10%的鹽酸溶液，加熱到60°C，充分攪拌30min。過濾，并用約IL的去離子水洗滌，以充分除去反應(yīng)過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物氯化鉀。將得到的產(chǎn)物在80°C下真空干燥8h，并經(jīng)30min 超聲分散即得石墨烯產(chǎn)品1. 2g。石墨烯的形貌及結(jié)構(gòu)表征從SEM和TEM表征結(jié)果(分別如附圖1和3所示)可得到石墨烯樣品的為片狀結(jié)構(gòu)。在超聲40min之后，用AFM(如圖2所示)表征其厚度，約為0. 8nm,為單層石墨烯。 Raman光譜是表征石墨烯質(zhì)量的有效方式之一，高質(zhì)量的石墨烯具有很強的G峰和2D峰而有弱的D峰。從圖4中可知，本發(fā)明得到的石墨烯具有高質(zhì)量石墨烯的特征，而用化學(xué)剝離得到的石墨烯具有很強的D峰，說明本發(fā)明得到的石墨烯質(zhì)量遠高于傳統(tǒng)的化學(xué)剝離法得
5到的。從XPS的C(Is)窄譜掃描(附圖5)中可知本發(fā)明得到的石墨烯是由新生態(tài)的碳重構(gòu)成而成的。電化學(xué)性能的表征我們通過測試交流阻抗來表征產(chǎn)品的導(dǎo)電性能。為制作交流阻抗工作電極，我們將石墨烯粉末與N-甲基吡咯烷酮(NMP)攪拌混合成為50mg/ml的均一漿料，用玻璃棒涂敷于用膠帶制造出隔離區(qū)間(Icm2)的導(dǎo)電玻璃FTO (15 Ω/square)上，烘干形成厚度為4μπι 的膜，用銀漿引出導(dǎo)線。測試EIS時，以Pt電極為對電極，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極， 以 0. lmol/L 的 KCl 溶液中的 IOmmol/L 的 K3 [Fe (CN) 6] /K4 [Fe (CN) 6] (1 1)為氧化還原探針,微擾條件為5mV，IOOmHz IOOKHz?；瘜W(xué)剝離法制備石墨烯的制備為了突出本發(fā)明制備得到的石墨烯的優(yōu)異的導(dǎo)電性，本申請還用化學(xué)剝離法制備石墨烯，即Hummers法，其制備機理如圖7所示。制備過程包括以下四步第一步，取1. Og的片狀石墨、Ig的硝酸鈉(NaNO3)和46ml的濃硫酸在冰浴中攪拌 15min，緩慢的加入6g的高錳酸鉀(KMnO4)?；旌虾?，將體系轉(zhuǎn)移到35士5°C的水浴中，攪拌 6小時，形成黑色的泥漿樣的混合物。第二步，在攪拌條件下，往混合物中加入20ml的去離子水，體系溫度升到 90 士 5°C。30min后加入200ml的水稀釋。加入6ml的H2O2 (30% )還原過量的KMnO4,體系
顏色由棕褐色變?yōu)榱咙S色。第三步，將上述得到的溶液過濾，并用大量的水(約為2L)洗滌。得到的濾餅重新分散在去離子水中，超聲分散20min。用離心機先在低速IOOOrpm下離心5min，以除去沒有反應(yīng)完全的石墨，后在高速12000rpm除去氧化石墨烯中的水。再真空100°C干燥他后即得
氧化石墨烯。第四步，將得到的氧化石墨烯在H2/Ar (含5%的!12)混合氣中加熱到1000°C，保溫 6h，還原得到石墨烯。從圖4(a)可看出用化學(xué)剝離法制備的石墨烯中G峰強度之比Ie/ID 1. 1 ；而從圖4(b)本發(fā)明制備的石墨烯的Raman光譜圖，可看出G峰位置 1580(^:20峰的位置 2700CHT1，G峰明顯強于D峰( 1350CHT1)，強度之比Ie/ID 2. 5，說明由本發(fā)明得到的石墨烯缺陷少。從圖5可知，其結(jié)合能為觀4. kV，這與石墨烯中碳原子的結(jié)合能一致。由此可以進一步證明本發(fā)明得到的是石墨烯。從圖6交流阻抗圖可知，其中1為化學(xué)剝離法得到的石墨烯，2為本發(fā)明得到的石墨烯的交流阻抗圖。圖中的半圓對應(yīng)的區(qū)域?qū)?yīng)于石墨烯樣品的交流阻抗，這表明本發(fā)明得到的石墨烯的電阻小于化學(xué)剝離法得到的石墨烯，說明本發(fā)明得到的石墨烯缺陷少、質(zhì)量尚。實施例2 在手套箱內(nèi)取4. 5g的四溴化碳(CBr4)溶于20mL的苯中，放入容積為30mL的聚四氟乙烯內(nèi)襯內(nèi)，取2. Og的鉀。迅速放入不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，擰緊密封。將反應(yīng)釜放入烘箱內(nèi)， 在60min內(nèi)迅速升溫至160°C，保溫12h。除雜純化及電化學(xué)性能測試過程如實施例1。
實施例3 在手套箱內(nèi)取SmL的三氯甲烷，放入容積為30mL的聚四氟乙烯內(nèi)襯內(nèi)，取2. Og的鉀。迅速放入不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，擰緊密封。將反應(yīng)釜放入烘箱內(nèi)，在迅速升溫至60°C，保溫 10h。除雜純化及電化學(xué)性能測試過程如實施例1。實施例4 在手套箱內(nèi)取2. Og的鈉和4. 5g的四溴化碳，放入容積為30mL的聚四氟乙烯內(nèi)襯內(nèi)。迅速放入不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，擰緊密封。將反應(yīng)釜放入烘箱內(nèi)，在60min內(nèi)迅速升溫至 250°C，保溫 60h。除雜純化及電化學(xué)性能測試過程如實施例1。實施例5實施例1中的鉀換成鈣，不同之處在于反應(yīng)溫度為160°C，反應(yīng)時間為12h。除雜純化及電化學(xué)性能測試過程如實施例1。實施例6實施例2中的鉀換成鈣，不同之處在于反應(yīng)溫度為200°C，時間為12h。對產(chǎn)品的純化及電化學(xué)性能測試過程如實施例1。實施例7在手套箱內(nèi)取1. Og的鉀和1. 5g鈉，放入容積為30mL的具有聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，加入IOmL的四氯化碳。迅速擰緊密封。將反應(yīng)釜放入烘箱內(nèi)，在60min內(nèi)迅速升溫至140°C，保溫10h。除雜純化及電化學(xué)性能測試過程如實施例1。實施例8在手套箱內(nèi)取2. Og的鉀，放入容積為30mL的具有聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，加入5. OmL溶有3. Og的四溴化碳的四氯化碳溶液。迅速擰緊密封。將反應(yīng)釜放入烘箱內(nèi)，在60min內(nèi)迅速升溫至180°C，保溫18h。除雜純化及電化學(xué)性能測試過程如實施例1。實施例9在手套箱內(nèi)取1. 5g的鉀和1. Og鈉，放入容積為30mL的具有聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，加入5. OmL溶有2. Og的四溴化碳的四氯化碳溶液。迅速擰緊密封。將反應(yīng)釜放入烘箱內(nèi)，在60min內(nèi)迅速升溫至200°C，保溫Mh。除雜純化及電化學(xué)性能測試過程如實施例1。實施例10在手套箱內(nèi)取1. 5g的鋰，放入容積為30mL的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，加入5. OmL的四氯化碳溶液。迅速擰緊密封。將反應(yīng)釜放入馬弗爐內(nèi)，在IOOmin內(nèi)升溫至400°C，保溫他。除雜純化及電化學(xué)性能測試過程如實施例1。實施例11在手套箱內(nèi)取2. Og的鉀，放入容積為30mL的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，加入4. Og的六氯苯。迅速擰緊密封。將反應(yīng)釜放入馬弗爐內(nèi)，在IOOmin內(nèi)迅速升溫至400°C，保溫14h。除雜純化及電化學(xué)性能測試過程如實施例1。
實施例12取2. 5g的六氯苯(C6Cl6)溶于20mL的苯中，轉(zhuǎn)移到30mL不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，在手套箱里往其中加入2. 5g的金屬鉀。將反應(yīng)釜放入馬弗爐內(nèi)，在IOOmin內(nèi)迅速升溫至350°C， 保溫8h。除雜純化及電化學(xué)性能測試過程如實施例1。實施例13在手套箱內(nèi)取2. Og的鈉，放入容積為30mL的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，加入5mL的無水乙醇。迅速擰緊密封。將反應(yīng)釜放入馬弗爐內(nèi)，在60min內(nèi)迅速升溫至300°C，保溫60h。除雜純化及電化學(xué)性能測試過程如實施例1。實施例14在手套箱內(nèi)取1. Og鎂粉，放入容積為30mL的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，加入IOmL的無水乙醇。迅速擰緊密封。將反應(yīng)釜放入馬弗爐內(nèi)，在IOOmin內(nèi)迅速升溫至500°C，保溫12h。除雜純化及電化學(xué)性能測試過程如實施例1。實施例15在手套箱內(nèi)取2. Og鎂粉，放入容積為30mL的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，加入4. 5mL的四氯化碳。迅速擰緊密封。將反應(yīng)釜放入馬弗爐內(nèi)，在60min內(nèi)迅速升溫至500°C，保溫16h。除雜純化及電化學(xué)性能測試過程如實施例1。實施例16取0.6g的六氯乙烷(C2Cl6)溶于20mL的苯中，轉(zhuǎn)移到30mL不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，在手套箱里往其中加入2. Og的金屬鋇。將反應(yīng)釜放入馬弗爐內(nèi)，在60min內(nèi)迅速升溫至100°C， 保溫3h。除雜純化及電化學(xué)性能測試過程如實施例1。實施例17取1. Og的七氯丙烷(C3HCl7)溶于15mL的CCl4中，轉(zhuǎn)移到30mL的不銹鋼反應(yīng)釜中，在手套箱中往其中加入2. 8g的鑭。將反應(yīng)釜迅速放入已經(jīng)升溫至500°C的馬弗爐中，保溫 0. 5h。除雜純化及電化學(xué)性能測試過程如實施例1。實施例18 在煤油中取出金屬鈉，用濾紙將煤油吸干后放入手套箱內(nèi)，以備后用。在手套箱內(nèi)取2. Og的鈉，放入容積為30mL的聚四氟乙烯內(nèi)襯內(nèi)，加入5mL的四氯化碳。迅速放入不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，擰緊密封。將反應(yīng)釜放入烘箱內(nèi)，在60min內(nèi)迅速升溫至300°C，保溫48h。除雜純化及電化學(xué)性能測試過程如實施例1。
權(quán)利要求
1.一種高質(zhì)量石墨烯的制備方法，其特征在于利用活潑金屬和低碳鹵代烴或無水乙醇反應(yīng)生成新生態(tài)的碳，新生態(tài)的碳重構(gòu)成石墨烯，最后將構(gòu)成的石墨烯經(jīng)純化工藝制成，所述的活潑金屬和碳源的摩爾比為0. 5-6。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于包括石墨烯的合成和合成的石墨烯的提純分兩大步驟a)石墨烯的合成①活潑金屬鋰、鈉、鉀、鎂、鈣、鍶、鋇、鑭中的一種或幾種的組合和低碳鹵代烴四氯化碳、四溴化碳、三氯甲烷、六氯苯、六氯乙烷、七氯丙烷中的一種或幾種組合或無水乙醇為原料，在氬氣或氮氣惰性氣氛中反應(yīng)，溫度為60-500°C，反應(yīng)時間和溫度均根據(jù)金屬和碳源的種類有所不同；②反應(yīng)容器為耐高壓的密閉反應(yīng)釜，反應(yīng)前把反應(yīng)釜擰緊，以防反應(yīng)過程中涉及的氣體泄漏；當金屬和鹵代烴接觸后快速升溫至所需溫度并保溫；b)合成的石墨烯的提純①先往反應(yīng)步驟a得到的混合物中加入大量的丙酮，并充分攪拌0.5-lh以使得丙酮充分溶解未反應(yīng)的低碳鹵代烴；所需丙酮的量根據(jù)反應(yīng)過程中所加的鹵代烴的量而變化；②過濾步驟①的混合液得到濾餅，并用去離子水將濾餅洗出；③往步驟②中加入20-200mL的摩爾分數(shù)為10%-35%的鹽酸，加熱至60_80°C，攪拌， 以除去反應(yīng)過程中的產(chǎn)生的堿金屬鹵化物；④將步驟③的混合液過濾，并用去離子水洗滌；⑤真空干燥得到石墨烯，真空干燥溫度為60-100°C；⑥將步驟⑤所得的石墨烯經(jīng)超聲分散而制成高質(zhì)量的石墨烯。
3.按權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于石墨烯合成步驟中a)步驟①的反應(yīng)時間為0.5-60小時；b)步驟②中快速升溫時間為60min以內(nèi)；c)步驟②中升溫至所需溫度保溫時間為5-50小時。
4.按權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于石墨烯的提純步驟中a)步驟③中攪拌的時間0.5-lh ；b)步驟⑤中真空干燥時間為6-10小時；c)步驟⑥中超聲分散時間為10-60min。
5.按權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所制得的石墨烯為單層石墨烯，厚度為 0. 8nm，尺寸為 10-20 μ m。
6.按權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所制得的石墨烯的Raman光譜中G峰強度明顯強于D峰，IG/ID = 2. 5，表征制備的石墨烯缺陷少。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高質(zhì)量石墨烯的制備方法。其特征在于利用活潑金屬和低碳鹵代烴或無水乙醇反應(yīng)，在一定溫度下通過一定時間生成新生態(tài)的碳，新生態(tài)的碳再重構(gòu)成石墨烯，并最后經(jīng)提純步驟制得高質(zhì)量石墨烯。與傳統(tǒng)的用化學(xué)剝離法得到的石墨烯相比，本發(fā)明操作簡單，成本低廉，可得到缺陷少、導(dǎo)電性好、質(zhì)量高的石墨烯。本發(fā)明制備得到的石墨烯可在光電器件如銅銦鎵硒、碲化鎘、染料敏化等太陽能電池，平板顯示、超級電容器、場發(fā)射材料、鋰離子電池等領(lǐng)域中有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號C01B31/04GK102408107SQ20101029189
公開日2012年4月11日 申請日期2010年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月26日
發(fā)明者林天全, 黃富強 申請人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所