專利名稱：一種制備石墨烯的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料合成領(lǐng)域，特別是涉及一種制備石墨烯的方法。
背景技術(shù)：
石墨烯是2004年英國曼徹斯特大學(xué)的安德烈.K.海姆(Andre K.Geim)等發(fā)現(xiàn)的一種二維碳原子晶體，為單層或多層的極薄的碳材料。由于其獨特的結(jié)構(gòu)和光電性質(zhì)使其成為碳材料、納米技術(shù)、凝聚態(tài)物理和功能材料等領(lǐng)域的研究熱點，吸引了諸多科技工作者。單層石墨烯擁有優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能和低的熱膨脹系數(shù)，并且其理論比表面積高達(dá)2630m2/g (A Peigney, Ch Laurent, et al.Carbon, 2001, 39, 507),可用于效應(yīng)晶體管、電極材料、復(fù)合材料、液晶顯示材料和傳感器等。目前制備石墨烯的方法主要有石墨剝裂(Novoselov K S, Geim A K, etal.Science 2004, 306,666) > 超聲剝離法(Guohua Chen, Wengui Weng, Dajun ffu, etal.Carbon.2004,42, 753)、熱還原(Mcallister, et al.Chemistry of materials.2007,19,4396)、化學(xué)氧化還原法(D A Dikin, et al.Nature 2007,448,457 ；Sasha Stankovich,Dmitriy A Dikin, Richard D Piner, et al.Carbon 2007,45,1558)和化學(xué)氣相沉積法制備石墨烯(Alexander N, Obraztsov.Nature nanotechnology 2009,4, 212)等。其中，化學(xué)氧化還原法是目前最容易實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的方法，然而此方法會對石墨烯的結(jié)構(gòu)造成破壞，使其性能下降，而且產(chǎn)物清洗過濾制約了生產(chǎn)效率?；瘜W(xué)氣相沉積法制備的石墨烯結(jié)構(gòu)完整、性能優(yōu)良、工藝簡單，但其制備量小限制了其應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明旨在提供一種制備石墨烯的方法，該方法結(jié)合了化學(xué)氧化還原法與化學(xué)氣相沉積法 的優(yōu)點并且克服了這兩種方法的不足，能夠高產(chǎn)量制備高性能的石墨烯，工藝設(shè)備簡單，適于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明提供的一種制備石墨烯的方法，包括以下步驟:(I)將氧化石墨溶解于液態(tài)含碳物質(zhì)，配成濃度為I 20g/L的懸濁液，裝入霧化器內(nèi)；(2)往反應(yīng)室通入氣流量為10 IOOOsccm的保護性氣體，并保持I 60分鐘；(3)隨后將反應(yīng)室加熱至750 1100°C，保持溫度不變，打開霧化器，以50 200mL/min的速度將懸濁液霧氣噴入反應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，保持反應(yīng)5 60分鐘；(4)反應(yīng)完成后，關(guān)閉霧化器，在保護性氣體氣氛下使反應(yīng)室冷卻至室溫，停止通入保護性氣體，得到石墨烯。所述制備石墨烯的方法中，步驟(I)中:液態(tài)含碳物質(zhì)用于溶解氧化石墨，優(yōu)選地，液態(tài)含碳物質(zhì)為甲醇和乙醇中的一種或其組合；優(yōu)選地，配成懸濁液的濃度為5 10g/L。所述制備石墨烯的方法中，步驟(2)中:
優(yōu)選地,保護性氣體為氫氣、氮氣和氬氣中的一種或其任意組合；優(yōu)選地,往反應(yīng)室內(nèi)通入保護性氣體后保持20 30分鐘。所述制備石墨烯的方法中，步驟(3)中:優(yōu)選地，反應(yīng)室的加熱溫度為900 1050°C ;優(yōu)選地，噴入懸濁液霧氣的速度為80 10OmT ,/mi η。本發(fā)明提供的制備石墨烯的方法結(jié)合了化學(xué)氧化還原法與化學(xué)氣相沉積法的優(yōu)點并且克服了這兩種方法的不足，能夠高產(chǎn)量制備高性能的石墨烯，工藝設(shè)備簡單，適于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。


圖1為本發(fā)明的石墨烯制備工藝流程圖；圖2為本發(fā)明實施例一所制備的石墨烯的SEM電鏡圖。
具體實施例方式以下所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也視為本發(fā)明的保護范圍。圖1為本發(fā)明的石墨烯制備工藝流程圖。一種制備石墨烯的方法，包括以下步驟:
(I)將氧化石墨溶解于液態(tài)含碳物質(zhì)，配成濃度為I 20g/L的懸濁液，裝入霧化器內(nèi)；(2)往反應(yīng)室通入氣流量為10 IOOOsccm的保護性氣體，并保持I 60分鐘；(3)隨后將反應(yīng)室加熱至750 1100°C，保持溫度不變，打開霧化器，以50 200mL/min的速度將懸濁液霧氣噴入反應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，保持反應(yīng)5 60分鐘；(4)反應(yīng)完成后，關(guān)閉霧化器，在保護性氣體氣氛下使反應(yīng)室冷卻至室溫，停止通入保護性氣體，得到石墨烯。所述制備石墨烯的方法中，步驟(I)中:液態(tài)含碳物質(zhì)用于溶解氧化石墨，液態(tài)含碳物質(zhì)為甲醇和乙醇中的一種或其組合；配成懸池液的濃度為5 10g/L。所述制備石墨烯的方法中，步驟(2)中:保護性氣體為氫氣、氮氣和氬氣中的一種或其任意組合；往反應(yīng)室內(nèi)通入保護性氣體后保持20 30分鐘；反應(yīng)室底部可先設(shè)置石英舟或金屬箔等用于收集石墨烯的裝置，也可不設(shè)置收集
>J-U ρ α裝直。所述制備石墨烯的方法中，步驟(3)中:反應(yīng)室的加熱溫度為900 1050°C ;噴入懸濁液霧氣的速度為80 100mL/min。按目前化學(xué)氧化還原法的產(chǎn)量，即配制100L、濃度為lg/L的懸濁液還原24小時或更長時間來制備石墨烯，其產(chǎn)量約為100g。而本發(fā)明同樣配制濃度為lg/L的懸濁液以200mL/min的速度噴入懸濁液霧氣進(jìn)行反應(yīng)24小時，其產(chǎn)量約為288g，若增加懸濁液濃度，相同條件下產(chǎn)量會更高。
本發(fā)明提供的制備石墨烯的方法結(jié)合了化學(xué)氧化還原法與化學(xué)氣相沉積法的優(yōu)點并且克服了這兩種方法的不足，能夠高產(chǎn)量制備高性能的石墨烯，工藝設(shè)備簡單，適于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。實施例一一種制備石墨烯的方法，包括以下步驟:(I)將氧化石墨溶解于乙醇，配成濃度為lg/L的懸濁液，裝入霧化器內(nèi)；(2)往反應(yīng)室通入氣流量為500sccm的氬氣，并保持20分鐘；(3)隨后將反應(yīng)室加熱至1100°C，保持溫度不變，打開霧化器，以200mL/min的速度將懸濁液霧氣噴入反應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，保持反應(yīng)20分鐘；(4)反應(yīng)完成后，關(guān)閉霧化器，在氬氣氣氛下使反應(yīng)室冷卻至室溫，停止通入氬氣，得到石墨稀。圖2為本發(fā)明實施例一所制備的石墨烯的SEM電鏡圖。從圖中可以明顯看出已成功制備出石墨烯，層數(shù)約為2 7層。按目前化學(xué)氧化還原法的產(chǎn)量，即配制100L、濃度為lg/L的懸濁液還原24小時或更長時間來制備石墨烯，其產(chǎn)量約為IOOg ;而本方法同樣配制濃度為lg/L的懸濁液以200mL/min的速度噴入懸濁液霧氣進(jìn)行反應(yīng)24小時，其產(chǎn)量約為288g。實施例二一種制備石墨烯的方法，包括以下步驟:
(I)將氧化石墨 溶解于甲醇，配成濃度為5g/L的懸濁液，裝入霧化器內(nèi)；(2)往反應(yīng)室通入氣流量為IOOsccm的氫氣，并保持60分鐘；(3)隨后將反應(yīng)室加熱至900°C，保持溫度不變，打開霧化器，以lOOmL/min的速度將懸濁液霧氣噴入反應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，保持反應(yīng)30分鐘；(4)反應(yīng)完成后，關(guān)閉霧化器，在氫氣氣氛下使反應(yīng)室冷卻至室溫，停止通入氫氣，得到石墨稀。實施例三一種制備石墨烯的方法，包括以下步驟:(I)將氧化石墨溶解于乙醇，配成濃度為20g/L的懸濁液，裝入霧化器內(nèi)；(2)往反應(yīng)室通入氣流量為200sccm的氮氣，并保持30分鐘；(3)隨后將反應(yīng)室加熱至1050°C，保持溫度不變，打開霧化器，以50mL/min的速度將懸濁液霧氣噴入反應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，保持反應(yīng)5分鐘；(4)反應(yīng)完成后，關(guān)閉霧化器，在氮氣氣氛下使反應(yīng)室冷卻至室溫，停止通入氮氣，得到石墨稀。實施例四一種制備石墨烯的方法，包括以下步驟:(I)將氧化石墨溶解于甲醇和乙醇的混合物，配成濃度為10g/L的懸濁液，裝入霧化器內(nèi)，甲醇和乙醇的混合比例不限；(2)往反應(yīng)室通入氣流量為IOOOsccm的保護性氣體，并保持20分鐘，保護性氣體為氫氣、氮氣和氬氣的混合物，保護性氣體中混合比例不限；(3)隨后將反應(yīng)室加熱至750°C，保持溫度不變，打開霧化器，以80mL/min的速度將懸濁液霧氣噴入反應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，保持反應(yīng)60分鐘；(4)反應(yīng)完成后，關(guān)閉霧化器，在步驟(2)中所述保護性氣體氣氛下使反應(yīng)室冷卻至室溫，停止通入保護性氣體，得到石 墨烯。
權(quán)利要求
1.一種制備石墨烯的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將氧化石墨溶解于液態(tài)含碳物質(zhì)，配成濃度為I 20g/L的懸濁液，裝入霧化器內(nèi)； (2)往反應(yīng)室通入氣流量為10 IOOOsccm的保護性氣體，并保持I 60分鐘； (3)隨后將反應(yīng)室加熱至750 1100°C，保持溫度不變，打開霧化器，以50 200mL/min的速度將懸濁液霧氣噴入反應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，保持反應(yīng)5 60分鐘； (4)反應(yīng)完成后，關(guān)閉霧化器，在保護性氣體氣氛下使反應(yīng)室冷卻至室溫，停止通入保護性氣體，得到石墨烯。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(I)中所述液態(tài)含碳物質(zhì)為甲醇和乙醇中的一種或其組合。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(I)中所述配成懸濁液的濃度為5 10g/L。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)中所述保護性氣體為氫氣、氮氣和氬氣中的一種或其任意組合。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)中往反應(yīng)室內(nèi)通入保護性氣體后保持20 30分鐘。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(3)中所述反應(yīng)室的加熱溫度為900 1050 O。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(3)中所述噴入懸濁液霧氣的速度為80 10OmT ,/mi η。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種制備石墨烯的方法，包括以下步驟將氧化石墨溶解于液態(tài)含碳物質(zhì)，配成濃度為1～20g/L的懸濁液，裝入霧化器內(nèi)；往反應(yīng)室通入氣流量為10～1000sccm的保護性氣體，并保持1～60分鐘；隨后將反應(yīng)室加熱至750～1100℃，保持溫度不變，打開霧化器，以50～200mL/min的速度將懸濁液霧氣噴入反應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，保持反應(yīng)5～60分鐘；反應(yīng)完成后，關(guān)閉霧化器，在保護性氣體氣氛下使反應(yīng)室冷卻至室溫，停止通入保護性氣體，得到石墨烯。結(jié)合了化學(xué)氧化還原法與化學(xué)氣相沉積法的優(yōu)點并且克服了這兩種方法的不足，能夠高產(chǎn)量制備高性能的石墨烯，工藝設(shè)備簡單，適于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C01B31/04GK103159208SQ20111041716
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者周明杰, 袁新生, 王要兵 申請人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司