一種石墨烯的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于石墨烯領(lǐng)域，其公開了一種石墨烯的制備方法，包括步驟：將氧化石墨加入到溶劑中，超聲處理后，配置成濃度為0.25-1mg/ml的氧化石墨烯懸浮液；向所述氧化石墨烯懸浮液中加入堿溶液調(diào)節(jié)PH值到10-11，隨后加入還原試劑，再次進(jìn)行超聲處理，得到前驅(qū)體溶液；將前驅(qū)體溶液置于反應(yīng)器中密封后，先在60-100℃條件下進(jìn)行預(yù)熱處理，隨后在240℃-400℃和5-25MPa壓力下進(jìn)行熱處理10-60min，隨后去除壓力，得到石墨烯。本發(fā)明提供的石墨烯的制備方法，其通過臨界流體瞬間釋放的壓力，破壞石墨烯層與層之間的范德華力，使得石墨烯還原之后不容易團(tuán)聚，還原后仍舊可以在多種溶劑中分散。
【專利說明】—種石墨烯的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石墨烯領(lǐng)域,尤其涉及一種石墨烯的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自從英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的安德烈.K.海姆(Andre K.Geim)等在2004年制備出石墨烯材料，由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和光電性質(zhì)受到了人們廣泛的重視。單層石墨由于其大的比表面積，優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能和低的熱膨脹系數(shù)而被認(rèn)為是理想的材料。如:①高強(qiáng)度，楊氏摩爾量，(1，1OOGPa)，斷裂強(qiáng)度:(125GPa);②高熱導(dǎo)率，(5, 000ff/mK);③高導(dǎo)電性、載流子傳輸率，(200，OOOcmVV.s);④高的比表面積，(理論計(jì)算值:2，630m2/g)。尤其是其高導(dǎo)電性質(zhì)，大的比表面性質(zhì)和其單分子層二維的納米尺度的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，可在超級(jí)電容器和鋰離子電池中用作電極材料。到目前為止，制備石墨烯的方法有許多種，其中氧化-還原法是一種能夠大量制備石墨烯且產(chǎn)率較高的一種方法，整個(gè)過程涉及到將石墨氧化成氧化石墨，氧化石墨剝落產(chǎn)生的氧化石墨烯，再通過化學(xué)或熱還原為石墨烯。
[0003]化學(xué)還原是一種較為簡(jiǎn)單的還原石墨烯的方法，有利于石墨烯與其他物質(zhì)的復(fù)合，但是還原之后的石墨烯很容易團(tuán)聚，且很難重新分散在有機(jī)溶劑中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的問題在于提供一種石墨烯分散均勻的制備方法。
[0005]本發(fā)提供的一種石墨烯的制備方法，其還原之后不容易團(tuán)聚，其比較松散，還原后仍舊可以在多種溶劑中分散。將氧化石墨，加入到溶劑中，超聲分散，然后加入適量的還原試劑，超聲分散一段時(shí)間，然后將此混合物放入高溫高壓反應(yīng)釜中，加熱加壓到溶劑的臨界溫度，反應(yīng)一定時(shí)間后，卸掉壓力，得到石墨烯粗產(chǎn)品，然后通過乙醇反復(fù)沖洗，過濾，干燥得到石墨稀。
[0006]具體技術(shù)方案如下:
[0007]一種石墨烯的制備方法，包括如下步驟:
[0008]將氧化石墨加入到溶劑中，超聲處理后，配置成濃度為0.25-lmg/ml的氧化石墨烯懸浮液；
[0009]向所述氧化石墨烯懸浮液中加入堿溶液調(diào)節(jié)PH值到10-11，隨后加入還原試劑，再次進(jìn)行超聲處理，得到前驅(qū)體溶液；
[0010]將前驅(qū)體溶液置于反應(yīng)器中密封后，先在60-100°C條件下進(jìn)行預(yù)熱處理，隨后在2400C -400°C和5-25MPa壓力下進(jìn)行熱處理10_60min，隨后去除壓力，得到石墨烯。
[0011]所述石墨烯的制備方法，優(yōu)選，所述溶劑為水、異丙醇、甲醇或N，N-二甲基甲酰胺(DMF)0
[0012]所述石墨烯的制備方法，優(yōu)選，所述堿溶液為NaOH溶液、KOH溶液或氨水溶液，所述堿溶液的濃度為1mol/L。
[0013]所述石墨烯的制備方法，優(yōu)選，所述還原劑為水合肼或乙二胺；所述還原劑與氧化石墨烯(GO)的質(zhì)量比為1:10-7:10。
[0014]所述石墨烯的制備方法，優(yōu)選，所述反應(yīng)器為高溫高壓反應(yīng)釜。
[0015]所述石墨烯的制備方法，優(yōu)選，所述熱處理后，還對(duì)制得的石墨烯進(jìn)行純化干燥處理:將熱處理后得到的產(chǎn)物用乙醇反復(fù)沖洗、過濾，隨后于60°C下真空干燥，得到純化的石墨稀。
[0016]所述石墨烯的制備方法，優(yōu)選，所述氧化石墨烯懸浮液制備過程中，超聲處理時(shí)間為 30min_lh。
[0017]所述石墨烯的制備方法，優(yōu)選，所述氧化石墨烯懸浮液中加入還原劑后，超聲處理時(shí)間為5-30min。
[0018]本發(fā)明提供的石墨烯的制備方法，具有優(yōu)點(diǎn):通過臨界流體瞬間釋放的壓力，破壞石墨烯層與層之間的范德華力，使得石墨烯還原之后不容易團(tuán)聚，還原后仍舊可以在多種溶劑中分散；所合成的石墨烯，缺陷少，電導(dǎo)率高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為實(shí)施例1制得的石墨烯的SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0021]實(shí)施例1
[0022]本發(fā)明一種石墨烯制備方法如下:
[0023](I)氧化石墨烯懸浮液:將氧化石墨加入到水中，配置成濃度為lmg/ml的氧化石墨溶液超聲Ih,得到均勻分散的氧化石墨烯懸浮液。向氧化石墨烯懸浮液中，加入Imol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)PH值到10，加入水合肼試劑(其中質(zhì)量比RN2H4/G0=7:10)，超聲分散30mino
[0024](2)石墨烯:將所得到的懸浮液放入高溫高壓反應(yīng)釜中，將其密封好，然后加熱到IOO0C，反應(yīng)30min，然后將其加熱到400°C，壓力在25MPa下，保持60min，卸掉反應(yīng)釜內(nèi)的壓力，得到石墨烯初產(chǎn)品，將此用乙醇反復(fù)沖洗，過濾，60°C真空干燥，得到石墨烯。
[0025]圖1為實(shí)施例1制得的石墨烯的SEM圖；由圖1可知，石墨烯有一定的褶皺，并無出現(xiàn)團(tuán)聚。
[0026]實(shí)施例2
[0027]本發(fā)明一種石墨烯制備方法如下:
[0028](I)氧化石墨烯懸浮液:將氧化石墨加入到異丙醇中，配置成濃度為0.75mg/ml的氧化石墨溶液超聲0.7h，得到均勻分散的氧化石墨烯懸浮液。向氧化石墨烯懸浮液中，加入lmol/L的KOH調(diào)節(jié)PH值到11，加入乙二胺(其中質(zhì)量比乙二胺/G0=7:10)，超聲分散30min。
[0029](2)石墨烯:將所得到的懸浮液放入高溫高壓反應(yīng)釜中，將其密封好，然后加熱到600C，反應(yīng)30min，然后將其加熱到240°C，壓力在5MPa下，保持lOmin，卸掉反應(yīng)釜內(nèi)的壓力，得到石墨烯初產(chǎn)品，將此用乙醇反復(fù)沖洗，過濾，60°C真空干燥，得到石墨烯。
[0030]實(shí)施例3
[0031]本發(fā)明一種石墨烯制備方法如下:[0032](I)氧化石墨烯懸浮液:將氧化石墨加入到甲醇中，配置成濃度為0.5mg/ml的氧化石墨溶液超聲0.6h，得到均勻分散的氧化石墨烯懸浮液。向氧化石墨烯懸浮液中，加入lmol/L的氨水調(diào)節(jié)PH值到10，加入水合肼(85%)(其中質(zhì)量比RN2H4/G0=1:10)溶液，超聲分散5min。
[0033](2)石墨烯:將所得到的懸浮液放入高溫高壓反應(yīng)釜中，將其密封好，然后加熱到80°C，反應(yīng)lOmin，然后將其加熱到240°C，壓力在8MPa下，保持lOmin，卸掉反應(yīng)釜內(nèi)的壓力，得到石墨烯初產(chǎn)品，將此用乙醇反復(fù)沖洗，過濾，60°C真空干燥，得到石墨烯。
[0034]實(shí)施例4
[0035]本發(fā)明一種石墨烯制備方法如下:
[0036](I)氧化石墨烯懸浮液:將氧化石墨加入到DMF中，配置成濃度為0.25mg/ml的氧化石墨溶液超聲0.5h，得到均勻分散的氧化石墨烯懸浮液。向氧化石墨烯懸浮液中，加入lmol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)PH值到11，加入乙二胺(其中質(zhì)量比乙二胺/GO=1:10)，超聲分散5min。
[0037](2)石墨烯:將所得到的懸浮液放入高溫高壓反應(yīng)釜中，將其密封好，然后加熱到800C，反應(yīng)lOmin，然后將其加熱到400°C，壓力在5MPa下，保持30min，卸掉反應(yīng)釜內(nèi)的壓力，得到石墨烯初產(chǎn)品，將此用乙醇反復(fù)沖洗，過濾，60°C真空干燥，得到石墨烯。
[0038]石墨烯的電導(dǎo)率和比表面積測(cè)試
[0039]通過四探針法測(cè)定石墨烯的電導(dǎo)率，通過BET測(cè)定石墨烯的比表面積，測(cè)試結(jié)果如表1所示；從電導(dǎo)率和比表面積的測(cè)試數(shù)據(jù)來說，所制備的石墨烯的電導(dǎo)率和比表面積均較高。
[0040]表1
[0041]
【權(quán)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: 將氧化石墨加入到溶劑中，超聲處理后，配置成濃度為0.25-lmg/ml的氧化石墨烯懸浮液； 向所述氧化石墨烯懸浮液中加入堿溶液調(diào)節(jié)PH值到10-11，隨后加入還原試劑，再次進(jìn)行超聲處理，得到前驅(qū)體溶液； 將前驅(qū)體溶液置于反應(yīng)器中密封后，先在60-100°C條件下進(jìn)行預(yù)熱處理，隨后在2400C -400°C和5-25MPa壓力下進(jìn)行熱處理10_60min，隨后去除壓力，得到石墨烯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，所述溶劑為水、異丙醇、甲醇或N，N-二甲基甲酰胺。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，所述堿溶液為NaOH溶液、KOH溶液或氨水溶液，所述堿溶液的濃度為lmol/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，所述還原劑為水合肼或乙二胺；所述還原劑與氧化石墨烯的質(zhì)量比為1:10-7:10。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，所述反應(yīng)器為高溫高壓反應(yīng)釜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，所述熱處理后，還對(duì)制得的石墨烯進(jìn)行純化干燥處理:將熱處理后得到的產(chǎn)物用乙醇反復(fù)沖洗、過濾，隨后于60°C下真空干燥，得到純化的石墨烯。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一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制備過程中，超聲處理時(shí)間為30min-lh。
8.根據(jù)權(quán)利要求7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加入還原劑后，超聲處理時(shí)間為5-30min。
【文檔編號(hào)】C01B31/04GK103896257SQ201210574036
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月26日
【發(fā)明者】周明杰, 吳鳳, 王要兵 申請(qǐng)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, 深圳市海洋王照明工程有限公司