石墨烯的制備方法
【專利摘要】一種石墨烯的制備方法，包括如下步驟：將氧化石墨加入水中超聲分散形成氧化石墨烯懸浮液，過濾后得到氧化石墨烯；將所述氧化石墨烯及還原劑分散在含有電解質(zhì)的溶液中形成電解液，其中，所述還原劑選自硼氫化鈉及水合肼中的至少一種，所述電解質(zhì)選自氯化鈉、硝酸鈉及氯化鉀中的至少一種；及以銅片為陰極，鉑棒為陽極，調(diào)節(jié)所述電解液的溫度為70℃~90℃，在電壓為0.8V~1.5V的條件下，電解所述電解液0.5小時~2小時，在所述陰極的表面得到石墨烯。通過上述石墨烯的制備方法制備的石墨烯比表面積較大且氧含量較低。
【專利說明】石墨烯的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種石墨烯的制備方法。
【背景技術】
[0002]石墨烯是一種二維單分子層材料，具有優(yōu)異的物理性質(zhì)，如高的理論比表面積、優(yōu)異的機械強度、良好的柔韌性和高的電導率等，受到研究者的廣泛關注。雖然石墨烯的理論比表面積高達2600m2/g，但一般方法所制備的石墨烯比表面積一般都在600m2/g左右，遠低于其理論比表面積，且制備的石墨烯的氧含量較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]基于此，有必要提供比表面積較大且氧含量較低的石墨烯的制備方法。
[0004]一種石墨烯的制備方法，包括如下步驟:
[0005]將氧化石墨加入水中超聲分散形成氧化石墨烯懸浮液，過濾后得到氧化石墨烯；
[0006]將所述氧化石墨烯及還原劑分散在含有電解質(zhì)的溶液中形成電解液，其中，所述還原劑選自硼氫化鈉及水合肼中的至少一種，所述電解質(zhì)選自氯化鈉、硝酸鈉及氯化鉀中的至少一種；及
[0007]以銅片為陰極，鉬棒為陽極，調(diào)節(jié)所述電解液的溫度為70°C~90°C，在電壓為
0.8v~1.5V的條件下，電解所述電解液0.5小時~2小時，在所述陰極的表面得到石墨烯。
[0008]在其中一個實施例中，還包括步驟:先將所述石墨烯自所述陰極的表面剝離，再將所述石墨烯洗滌后烘干。
[0009]在其中一個實施例中，還包括步驟:將所述陰極表面的石墨烯洗滌后將陰極表面的石墨烯烘干，使所述石墨烯自所述陰極表面剝離。
[0010]在其中一個實施例中，所述氧化石墨烯懸浮液中所述氧化石墨烯的濃度為0.5mg/mL~lmg/mL0
[0011]在其中一個實施例中，將氧化石墨加入水中超聲分散I小時~I小時，超聲分散的功率為500W~800W。
[0012]在其中一個實施例中，所述電解液中所述氧化石墨烯的濃度為0.3mg/mL~0.8mg/mg/mL
[0013]在其中一個實施例中，所述電解液中所述電解質(zhì)的濃度為0.lmol/L^0.25mol/L。
[0014]在其中一個實施例中，所述電解液中所述還原劑的濃度為0.2mg/mL"0.6mg/mL。
[0015]在其中一個實施例中，在制備氧化石墨烯的步驟之前還包括:制備氧化石墨，制備氧化石墨包括以下步驟:
[0016]將石墨加入濃硫酸和濃硝酸組成的混合酸液中形成混合液，將混合液的溫度保持在-2 V ~2°C 攪拌 10mirT30min ；
[0017]向混合液中加入高錳酸鉀，繼續(xù)將混合液的溫度保持在-2V~2°C攪拌I小時；
[0018]將混合液升溫至80 V~90 V并保溫0.5小時~2小時；[0019]向混合液中加入去離子水，繼續(xù)在80°C~90°C保溫0.5小時~I小時；及
[0020]向混合液中加入過氧化氫除去高錳酸鉀，抽濾，洗滌固體物，干燥固體物后得到氧
化石墨。
[0021]在其中一個實施例中，所述石墨與濃硫酸及濃硝酸的固液比為Ig: (SOmfllOml):(15m廣35ml)，所述石墨與高錳酸鉀的質(zhì)量比為1: f 1:10。
[0022]上述石墨烯的制備方法，利用電化學和化學共還原法制備石墨烯，制備的石墨烯比表面積較高且氧含量較低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為一實施方式的石墨烯的制備方法的流程圖；
[0024]圖2為實施例1制備的石墨烯的吸附-脫附等溫曲線。
【具體實施方式】
[0025]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似改進，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施的限制。
[0026]請參閱圖1，一實施方式的石墨烯的制備方法，包括如下步驟:
[0027]步驟S110、制備氧化石墨。
[0028]制備氧化石墨包括以下步驟:
[0029]步驟一、將石墨加入濃硫酸和濃硝酸組成的混合酸液中形成混合液，將混合液的溫度保持在-2 V~2°C攪拌10mirT30min。
[0030]優(yōu)選的，石墨的純度為99.5%。石墨為粒徑為微米級的粉末。
[0031]優(yōu)選的，石墨與濃硫酸及濃硝酸的固液比為Ig: (80ml~110ml): (15ml~35ml)。
[0032]優(yōu)選的，將混合液放置于冰水浴中攪拌20分鐘。
[0033]優(yōu)選的，濃硝酸的質(zhì)量濃度為98%，濃硝酸的質(zhì)量濃度為65%。
[0034]步驟二、向混合液中加入高錳酸鉀，繼續(xù)將混合液的溫度保持在_2°C ~2°C攪拌I小時。
[0035]優(yōu)選的，混合液中的石墨與高錳酸鉀的質(zhì)量比為1:廣1:10。
[0036]步驟三、將混合液升溫至80°C~90°C并保持0.5小時~2小時。
[0037]步驟四、向混合液中加入去離子水，繼續(xù)在80°C~90°C保溫0.5小時~I小時。
[0038]優(yōu)選的，石墨與去離子水的固液比為Ig:(46m廣92ml)。
[0039]步驟五、向混合液中加入過氧化氫除去高錳酸鉀，抽濾，洗滌固體物，干燥固體物后得到氧化石墨。
[0040]優(yōu)選的，向混合液中加入質(zhì)量分數(shù)為30%的過氧化氫溶液除去高錳酸鉀，高錳酸鉀與過氧化氫溶液的比為Ig: (lml^ml)。
[0041]優(yōu)選的，依次使用稀鹽酸和去離子水反復洗滌固體物。
[0042]優(yōu)選的，將固體物在60°C下真空干燥10小時~12小時。
[0043]可以理解，步驟SllO也可省略，此時直接購買氧化石墨即可。[0044]步驟S120、將氧化石墨加入水中超聲分散形成氧化石墨烯懸浮液，過濾后得到氧化石墨烯。
[0045]優(yōu)選的，將步驟SllO中制備的氧化石墨加入水中超聲分散I小時~I小時。
[0046]優(yōu)選的，超聲分散的功率為500W~800W。
[0047]優(yōu)選的，將過濾后得到的固體物在60°C下真空烘干12小時得到氧化石墨烯。
[0048]優(yōu)選的，氧化石墨烯懸浮液中氧化石墨烯的濃度為0.5mg/mL"lmg/mL。
[0049]步驟S130、將氧化石墨烯及還原劑分散在含有電解質(zhì)的溶液中形成電解液，其中，還原劑選自硼氫化鈉及水合肼中的至少一種，電解質(zhì)選自氯化鈉、硝酸鈉及氯化鉀中的至少一種。
[0050]優(yōu)選的，電解液中氧化石墨烯的濃度為0.3mg/mL"0.8mg/mL。
[0051]優(yōu)選的，電解液中電解質(zhì)的濃度為0.1mol/L"0.25mol/L。
[0052]優(yōu)選的，電解液中所述還原劑的濃度為0.lmg/mL^0.25mg/mL。
[0053]優(yōu)選的，含有電解質(zhì)的溶液中的溶劑為水。
[0054]優(yōu)選的，氧化石墨烯與還原劑的質(zhì)量比為5:4飛:2。
[0055]步驟S 140、以銅片為陰極，鉬棒為陽極，調(diào)節(jié)電解液的溫度為70°C~90°C，在電壓為0.8疒1.5V的條件下，電解 所述電解液0.5小時~I小時，在陰極表面得到石墨烯。
[0056]優(yōu)選的，電解的過程中對電解液進行攪拌。
[0057]步驟S150、先將石墨烯自陰極的表面剝離，再將石墨烯洗滌后烘干。
[0058]優(yōu)選的，將石墨烯在60°C下真空烘干12小時。
[0059]需要說明的是，也可以將陰極表面的石墨烯洗滌后將陰極表面的石墨烯烘干，使石墨烯自陰極表面剝離。
[0060]上述石墨烯的制備方法，利用電化學和化學共還原法制備石墨烯，制備的石墨烯比表面積較高且氧含量較低。
[0061]以下結合具體實施例來進一步說明。
[0062]實施例1
[0063]本實施例通過氧化石墨，經(jīng)剝離以及電化學和化學共還原制備石墨烯的工藝流程圖如下:
[0064]石墨一氧化石墨一氧化石墨烯一石墨烯
[0065](I)石墨:純度 99.5% ;
[0066](2)氧化石墨:稱取(I)中純度為99.5%的石墨Ig加入由90ml濃硫酸(質(zhì)量分數(shù)為98%)和25ml濃硝酸(質(zhì)量分數(shù)為65%)組成的混合溶液中，將混合物置于冰水混合浴環(huán)境下進行攪拌20分鐘，再慢慢地往混合物中加入6g高錳酸鉀，攪拌I小時,接著將混合物加熱至85° C并保持30分鐘，之后加入92ml去離子水繼續(xù)在85° C下保持30分鐘，最后加入IOml過氧化氫溶液(質(zhì)量分數(shù)30%)，攪拌10分鐘，對混合物進行抽濾，再依次分別用100ml稀鹽酸和150ml去離子水對固體物進行洗滌，共洗滌三次，最后固體物質(zhì)在60° C真空烘箱中干燥12小時得到氧化石墨；
[0067](3)氧化石墨烯:將(2)中制備的氧化石墨加入去離子水中，氧化石墨在水中的溶度為lmg/ml,對氧化石墨和水的混合物進行超聲,超聲功率為500W, I小時后對混合物進行抽濾，將固體物質(zhì)置于60° C的真空烘箱中烘12小時，得到氧化石墨烯；[0068](4)石墨烯:取(3)中得到的氧化石墨烯分散在0.25mol/L NaCl溶液中，氧化石墨烯的溶度為0.5mg/ml,并加入一定量的硼氫化鈉，硼氫化鈉的溶度為0.4mg/ml,并將混合溶液的溫度升至80° C ;用銅片作為陰極，鉬棒作為陽極，并將銅片和鉬棒摻入混合溶液中，在銅片和鉬棒間施加1.2V電壓，2小時后，停止施加電壓，銅片表面獲得大量的黑色物質(zhì)，用去離子水洗滌黑色物質(zhì)，并置于60° C的真空烘箱中烘12小時，得到石墨烯。
[0069]請參閱圖2，圖2所示為實施例1制備的石墨烯利用BET測孔儀得出的吸附-脫附等溫曲線。其中上面的曲線為等溫脫附曲線，下面的曲線為等溫吸附曲線。由圖2可以得出實施例1制備的石墨烯的比表面積為725m2/g。
[0070]表1
[0071]
【權利要求】
1.一種石墨烯的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 將氧化石墨加入水中超聲分散形成氧化石墨烯懸浮液，過濾后得到氧化石墨烯； 將所述氧化石墨烯及還原劑分散在含有電解質(zhì)的溶液中形成電解液，其中，所述還原劑選自硼氫化鈉及水合肼中的至少一種，所述電解質(zhì)選自氯化鈉、硝酸鈉及氯化鉀中的至少一種 '及 以銅片為陰極，鉬棒為陽極，調(diào)節(jié)所述電解液的溫度為70°c~90°C，在電壓為0.8疒1.5V的條件下，電解所述電解液0.5小時~2小時，在所述陰極的表面得到石墨烯。
2.根據(jù)權利要求1所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，還包括步驟:先將所述石墨烯自所述陰極的表面剝離，再將所述石墨烯洗滌后烘干。
3.根據(jù)權利要求1所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，還包括步驟:將所述陰極表面的石墨烯洗滌后將陰極表面的石墨烯烘干，使所述石墨烯自所述陰極表面剝離。
4.根據(jù)權利要求1所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，所述氧化石墨烯懸浮液中所述氧化石墨烯的濃度為0.5mg/mL"lmg/mL。
5.根據(jù)權利要求1所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，將氧化石墨加入水中超聲分散I小時~2小時，超聲分散的功率為500W~800W。
6.根據(jù)權利要求1所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，所述電解液中所述氧化石墨烯的濃度為0.3mg/mL~0.8mg/mL。
7.根據(jù)權利要求1所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，所述電解液中所述電解質(zhì)的濃度為 0.lmol/L~0.25mol/`L。
8.根據(jù)權利要求1所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，所述電解液中所述還原劑的濃度為 0.2mg/mL~0.6mg/mL。
9.根據(jù)權利要求1所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，在制備氧化石墨烯的步驟之前還包括:制備氧化石墨，制備氧化石墨包括以下步驟: 將石墨加入濃硫酸和濃硝酸組成的混合酸液中形成混合液，將混合液的溫度保持在-2 V ~2°C 攪拌 10mirT30min ； 向混合液中加入高錳酸鉀，繼續(xù)將混合液的溫度保持在-2V~2°C攪拌I小時； 將混合液升溫至80°C~90°C并保溫0.5小時~2小時； 向混合液中加入去離子水，繼續(xù)在80°C~90°C保溫0.5小時~I小時；及 向混合液中加入過氧化氫除去高錳酸鉀，抽濾，洗滌固體物，干燥固體物后得到氧化石m
O
10.根據(jù)權利要求9所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，所述石墨與濃硫酸及濃硝酸的固液比為Ig:(80m廣110ml):(15ml~35ml)，所述石墨與高錳酸鉀的質(zhì)量比為1:1~1:10。
【文檔編號】C01B31/04GK103508442SQ201210203395
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月19日 優(yōu)先權日:2012年6月19日
【發(fā)明者】周明杰, 鐘輝, 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有限公司