專利名稱：一種水熱制備石墨烯的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石墨烯，特指一種水熱制備石墨烯的方法，屬于新型碳材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
石墨烯由于其獨特的晶體結(jié)構(gòu)特征引起了科學(xué)家們的廣泛關(guān)注；它是由單層碳原子緊密堆積成二維蜂窩狀(honeycomb)晶格結(jié)構(gòu)的一種碳質(zhì)新材料，具有超大的比表面積 (2630 m2/g)，厚度僅有O. 335nm,是構(gòu)建其它維度碳質(zhì)材料的基本單元；石墨烯結(jié)構(gòu)簡單， 具有室溫量子霍爾效應(yīng)、良好的鐵磁性、優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)和光學(xué)性質(zhì)，可廣泛應(yīng)用于電子、復(fù)合材料和儲能等領(lǐng)域。石墨烯的制備方法有兩種機械法和化學(xué)法；機械法包括微機械分離法、氣相沉積法、取向附生法和加熱SiC法等；化學(xué)法主要包括化學(xué)分散法、氧化石墨還原法和石墨層間化合法等，其中氧化石墨還原法所需原料價廉易得，因而被廣泛使用，但在氧化石墨的過程中產(chǎn)生的酸堿污染嚴(yán)重；還原氧化石墨采用化學(xué)還原法容易使石墨烯團聚石墨化，高溫 O IOO(TC)還原法對設(shè)備要求高，操作過程中存在危險性；綜上所述，石墨烯目前的制備方法存在成本高且對環(huán)境污染嚴(yán)重等問題，因而需要尋求一種低成本、低污染的方法以實現(xiàn)石墨烯的工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在提供一種水熱工藝制備石墨烯的簡易方法，本發(fā)明將膨脹石墨、氯化鈣、尿素按一定比例混合，在水熱的條件下形成碳酸鈣作為插層劑，經(jīng)進一步反應(yīng)制備獲得石墨稀。以解決效率低，產(chǎn)量小，高成本，高環(huán)境污染等問題。本發(fā)明的實驗步驟是一種制備石墨烯的方法，包括如下步驟稱取膨脹石墨，將其浸潰到氯化鈣水溶液中，制得EG懸浮溶液(a);將尿素水溶液在攪拌的條件下，滴加到EG 懸浮溶液(a)中，在室溫下靜置制得EG懸浮液(b) JfEG懸浮溶液(b)移入以聚四氟乙烯為襯底的反應(yīng)釜中，在8(Tl50°C下反應(yīng)l(T20h ;反應(yīng)結(jié)束后，將產(chǎn)物真空抽濾，用去離子水洗至中性，真空烘干；將此產(chǎn)物分散于無水乙醇中，超聲得到穩(wěn)定的分散物，真空抽濾，用去離子水洗滌，真空烘干即得石墨烯。所述的一種制備石墨烯的方法，其特征在于所述氯化鈣溶液的濃度為O. 5mol/ L，每15mL氯化鈣溶液浸潰O. rig的膨脹石墨，浸潰時間為O. 5^1. 5h。所述的一種制備石墨烯的方法，其特征在于所述尿素溶液的濃度為 O. 2^1. 6mol/L，滴加的尿素溶液的體積等于氯化鈣溶液的體積，滴加后在室溫下靜置的時間為3 8h。所述的一種制備石墨烯的方法，其特征在于所述超聲的時間為O. 5 3h，所述真空烘干的溫度為2(T80°C。所述的一種制備石墨烯的方法，其特征在于所述將尿素水溶液在攪拌的條件下
3滴加到EG懸浮溶液(a)中的滴加速度控制在每分鐘15毫升。本發(fā)明采用水熱法制備石墨烯，方法簡單，原料易得，為實現(xiàn)石墨烯工業(yè)化提供一條新途徑。


圖I為實施例2所制得的石墨烯的AFM圖2為實施例2所制得的石墨烯的TEM圖。
具體實施例方式實施例I :
天然鱗片石墨通過氧化插層制備成膨脹石墨(EG)，稱取O. Ig的EG浸潰到15mL、 O. 5mol/L的氯化I丐溶液中O. 5h,制得EG懸浮溶液(a);配制O. 2mol/L的尿素溶液15mL, 邊攪拌邊緩慢滴加到EG懸浮溶液(a)中，在室溫下靜置3h，制得EG懸浮溶液(b) ^fEG 懸浮溶液(b)移入以聚四氟乙烯為襯底的反應(yīng)釜中，在80°C下反應(yīng)IOh;反應(yīng)結(jié)束后，將產(chǎn)物真空抽濾，用去離子水洗至中性，在20°C下真空烘干；將此產(chǎn)物分散于無水乙醇中，超聲 O. 5h，得到穩(wěn)定的分散物，真空抽濾，用去離子水洗滌，在20°C下真空烘干即得石墨烯。實施例2
天然鱗片石墨通過氧化插層制備成膨脹石墨(EG)，稱取O. 2g的EG浸潰到15mL、
O.5mol/L的氯化I丐溶液中Ih,制得EG懸浮溶液(a);制備lmol/L的尿素溶液15mL,邊攪拌邊緩慢滴加到EG懸浮溶液(a)中，在室溫下靜置6h，制得EG懸浮溶液(b);將EG懸浮溶液 (b)移入以聚四氟乙烯為襯底的反應(yīng)釜中，在100°C下反應(yīng)16h ;反應(yīng)結(jié)束后，將產(chǎn)物真空抽濾，用去離子水洗至中性，在60°C下真空烘干；將此產(chǎn)物分散于無水乙醇中，超聲lh，得到穩(wěn)定的分散物，真空抽濾，用去離子水洗滌，在60°C下真空烘干即得石墨烯。圖I為實施例2制得的石墨烯AFM圖，圖I中可以看出石墨烯厚度約為2nm左右， 由于石墨烯邊緣存在翹曲及褶皺，而且石墨烯與硅襯底之間存在間隙約為O. 6nm左右，由此可以看出制得的石墨稀為雙層石墨稀。圖2為實施例2制得的石墨烯TEM圖，圖2中可以看出石墨烯片層完整，表面缺陷少，在圖2中可以清晰的看見石墨烯片層邊緣存在翹曲及褶皺顏色為黑色，表明制得的石墨烯完整性好，質(zhì)量較高。具體實施例3:
天然鱗片石墨通過氧化插層制備成膨脹石墨(EG),稱取Ig的EG浸潰到15mL、0. 5mol/ L的氯化鈣溶液中I. 5h，制得EG懸浮溶液(a);制備I. 6mol/L的尿素溶液15mL，邊攪拌邊緩慢滴加到EG懸浮溶液(a)中，在室溫下靜置8h，制得EG懸浮溶液(b);將EG懸浮溶液(b) 移入以聚四氟乙烯為襯底的反應(yīng)釜中，在150°C下反應(yīng)20h ;反應(yīng)結(jié)束后，將產(chǎn)物真空抽濾， 用去離子水洗至中性，在80°C下真空烘干；將此產(chǎn)物分散于無水乙醇中，超聲3h，得到穩(wěn)定的分散物，真空抽濾，用去離子水洗滌，在80°C下真空烘干即得石墨烯。
權(quán)利要求
1.一種水熱制備石墨烯的方法，其特征在于將膨脹石墨、氯化鈣、尿素按比例混合， 在水熱的條件下形成碳酸鈣作為插層劑，經(jīng)進一步反應(yīng)制備獲得石墨烯，具體步驟為稱取膨脹石墨，將其浸潰到氯化鈣水溶液中，制得EG懸浮溶液(a);將尿素水溶液在攪拌的條件下，滴加到EG懸浮溶液(a)中，在室溫下靜置制得EG懸浮液(b) JfEG懸浮溶液(b)移入以聚四氟乙烯為襯底的反應(yīng)釜中，在8(Tl50°C下反應(yīng)l(T20h ;反應(yīng)結(jié)束后，將產(chǎn)物真空抽濾，用去離子水洗至中性，真空烘干；將此產(chǎn)物分散于無水乙醇中，超聲得到穩(wěn)定的分散物， 真空抽濾，用去離子水洗滌，真空烘干即得石墨烯。
2.如權(quán)利要求I所述的一種水熱制備石墨烯的方法，其特征在于所述氯化鈣溶液的濃度為O. 5mol/L，每15mL氯化鈣溶液浸潰O. Γ δ的膨脹石墨，浸潰時間為O. 5^1. 5h。
3.如權(quán)利要求I所述的一種水熱制備石墨烯的方法，其特征在于所述尿素溶液的濃度為O. 2^1. 6mol/L，滴加的尿素溶液的體積等于氯化鈣溶液的體積，滴加后在室溫下靜置的時間為3 8h。
4.如權(quán)利要求I所述的一種水熱制備石墨烯的方法，其特征在于所述超聲的時間為O.5 3h，所述真空烘干的溫度為2(T80°C。
5.如權(quán)利要求I所述的一種水熱制備石墨烯的方法，其特征在于所述將尿素水溶液在攪拌的條件下滴加到EG懸浮溶液(a)中的滴加速度控制在每分鐘15毫升。
全文摘要
本發(fā)明涉及石墨烯，特指一種水熱制備石墨烯的方法，屬于新型碳材料領(lǐng)域。本發(fā)明將膨脹石墨、氯化鈣、尿素按一定比例混合，在水熱的條件下形成碳酸鈣作為插層劑，經(jīng)進一步反應(yīng)制備獲得石墨烯。本發(fā)明采用水熱法制備石墨烯，方法簡單，原料易得，為實現(xiàn)石墨烯工業(yè)化提供一條新途徑。
文檔編號C01B31/04GK102583353SQ20121006054
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月9日
發(fā)明者付猛, 祝雅娟, 陳志剛 申請人:常州大學(xué), 蘇州科技學(xué)院