本發(fā)明屬于石墨烯技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種氧化石墨烯和石墨烯的快速制備方法。

背景技術(shù)：

石墨烯(Graphene)是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料。它是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個(gè)碳原子厚度的二維材料。作為一種由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體，它是目前進(jìn)入應(yīng)用領(lǐng)域中最薄的材料和最強(qiáng)韌的材料，斷裂強(qiáng)度比鋼材還要高200倍，還有很好的彈性，拉伸幅度能達(dá)到自身尺寸的20％；同時(shí)石墨烯具有巨大的理論比表面積，物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，可在高工作電壓和大電流快速充放電下保持很好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。同時(shí)，石墨烯還具有優(yōu)異的導(dǎo)電性，可以降低內(nèi)阻，提高超級(jí)電容器的循環(huán)穩(wěn)定性；用石墨烯取代硅，計(jì)算機(jī)處理器的運(yùn)行速度將會(huì)快數(shù)百倍；另外，石墨烯幾乎是完全透明的，只吸收2.3％的光。并且非常致密，即使是最小的氣體原子(氦原子)也無(wú)法穿透。

上述這些特征使得它非常適合作為透明電子產(chǎn)品的原料，如透明的觸摸顯示屏、發(fā)光板和太陽(yáng)能電池板。正是由于石墨烯具有上述諸多的優(yōu)異物理化學(xué)性質(zhì)，其在儲(chǔ)能材料，環(huán)境工程，靈敏傳感方面被廣泛應(yīng)用，被稱為“黑金”或是“新材料之王”，自2004年發(fā)現(xiàn)以來(lái)得到研究者的廣泛關(guān)注，其在復(fù)合材料、儲(chǔ)能材料、太陽(yáng)能電池以及傳感器等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，且有望在半導(dǎo)體領(lǐng)域代替硅材料，而且潛在的應(yīng)用前景廣大，目前已成為全世界各領(lǐng)域的關(guān)注焦點(diǎn)與研究熱點(diǎn)。

氧化石墨烯是石墨烯的一種衍生物，是石墨烯的氧化物，因經(jīng)氧化后，其上含氧官能團(tuán)增多而使性質(zhì)較石墨烯更加活潑，可經(jīng)由各種與含氧官能團(tuán)的反應(yīng)而改善本身性質(zhì)，雖然導(dǎo)電率遠(yuǎn)低于石墨烯，但其表面活性更容易和其他物質(zhì)發(fā)生復(fù)合反應(yīng)。

現(xiàn)有的制備石墨烯或氧化石墨烯的主要方法可以分為固相法，液相法和氣相法三種方式。其中，液相法主要包括超聲剝離法及氧化還原法，目前主要使用的氧化還原法為Hummers法，就是在強(qiáng)酸和強(qiáng)氧化劑的作用下，對(duì)石墨粉進(jìn)行氧化插層生成氧化石墨，再經(jīng)過(guò)超聲剝離分散為氧化石墨烯水分散液，然后通過(guò)化學(xué)還原或者熱還原修復(fù)碳骨架得到石墨烯，這種方法可以得到氧化石墨烯分散液和石墨烯。

然而，這種方法通常需要經(jīng)歷低溫、中溫、高溫反應(yīng)過(guò)程，升降溫頻繁，多次加料，操作繁瑣，生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，插層效率低，片層不完整，不利于工業(yè)化生產(chǎn)，嚴(yán)重的阻礙了氧化石墨烯和石墨烯的商業(yè)應(yīng)用。

因此，如何得到一種工藝流程短，效率高且收率高，效果好的氧化石墨烯和石墨烯的制備技術(shù)，能夠有利于工業(yè)化大生產(chǎn)，已成為業(yè)內(nèi)諸多一線研究人員亟待解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種氧化石墨烯和石墨烯的快速制備方法，本發(fā)明提供的單層氧化石墨烯的制備方法，工藝簡(jiǎn)單，條件溫和，反應(yīng)時(shí)間短，耗能少，更加適于工業(yè)化大生產(chǎn)；而且還具有較高的產(chǎn)率和收率，片層完整度高。

本發(fā)明提供了一種氧化石墨烯的制備方法，包括以下步驟：

A)在密閉的條件下，將石墨、插層劑和氧化劑混合后進(jìn)行反應(yīng)，得到反應(yīng)混合物；

B)將上述步驟得到的反應(yīng)混合物分離后，得到反應(yīng)產(chǎn)物；

C)將上述步驟得到的反應(yīng)產(chǎn)物在分散劑中進(jìn)行剝離后，得到氧化石墨烯分散液。

優(yōu)選的，所述反應(yīng)為常壓下自升壓反應(yīng)，或加壓后自升壓反應(yīng)；

所述反應(yīng)的壓力為1～10個(gè)大氣壓；

所述反應(yīng)的溫度為40～120℃；所述反應(yīng)的時(shí)間為0.5～3h。

優(yōu)選的，所述步驟B)具體為：

B1)將上述步驟得到的反應(yīng)混合物分離后，得到回收插層劑和產(chǎn)物；

B2)將產(chǎn)物、還原劑和水低溫混合反應(yīng)后，分離，洗滌沉淀，得到反應(yīng)產(chǎn)物。

優(yōu)選的，所述分離為離心分離；

所述的還原劑包括雙氧水、硫代硫酸鈉、亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉中的一種或多種；

所述低溫的溫度為0～5℃。

優(yōu)選的，所述插層劑包括濃硫酸、濃磷酸、濃硝酸、濃鹽酸、高氯酸、高碘酸、冰醋酸和三氟甲磺酸中的一種或多種；

所述氧化劑包括高錳酸鉀、高錳酸鈉、高錳酸鋰、錳酸鉀、高鐵酸鉀、高鐵酸鈉、雙氧水、高碘酸鈉、重鉻酸鈉、高氯酸鉀、氯酸鉀、次氯酸鈉、過(guò)硼酸鉀、三氧化鉻和過(guò)硫酸銨中的一種或多種；

所述分散劑包括水、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、四氫呋喃、丙酮、二甲亞砜和甲苯中的一種或多種。

優(yōu)選的，所述步驟A)中還包括改性劑；

所述改性劑包括硼酸、硼砂、五硫化二磷、五氧化二磷、三氯化硼、三氟化硼、氟化鈉、硫、碘、溴、磷酸銨、氯化銨、尿素、過(guò)氧化尿素、脲、十二烷基磺酸鈉和硫氰酸鉀中的一種或多種。

優(yōu)選的，所述氧化石墨烯為單層氧化石墨烯；

所述插層劑的濃度為10～20mol/L；

所述插層劑與所述石墨的質(zhì)量比為(5～25)：1；

所述氧化劑與所述石墨的摩爾比為(1～10)：1；

所述改性劑與所述石墨的摩爾比為(1～10)：1。

優(yōu)選的，所述剝離的方式包括超聲、剪切和球磨中的一種或多種；

所述超聲的功率為20～40000W，所述超聲的頻率為20～40kHz；

所述超聲的時(shí)間為10～120分鐘；

所述剪切的轉(zhuǎn)速為2000～28000rpm；所述剪切的時(shí)間為10～600分鐘；

所述球磨的轉(zhuǎn)速為200～1600rpm；所述球磨的時(shí)間為1～6h。

本發(fā)明提供了一種石墨烯的制備方法，包括以下步驟：

1)將上述技術(shù)方案任意一項(xiàng)所制備的氧化石墨烯分散液經(jīng)過(guò)還原和純化后，得到石墨烯分散液；

2)將上述步驟得到的石墨烯分散液經(jīng)過(guò)熱處理后，得到石墨烯。

優(yōu)選的，所述還原的還原劑包括水合肼、氫碘酸、亞硫酸氫鈉、亞硫酸鈉、抗壞血酸、抗壞血酸鈉、碘化鋁、葡萄糖和苯甲醛中的一種或多種；

所述純化的方式包括離心、過(guò)濾、洗滌和透析中的一種或多種；

所述熱處理包括煅燒，或先干燥后煅燒；

所述煅燒的溫度為1200～1800℃；

所述干燥的方式包括噴霧干燥、真空干燥和冷凍干燥中的一種或多種。

本發(fā)明提供了一種氧化石墨烯的制備方法，包括以下步驟，首先在密閉的條件下，將石墨、插層劑和氧化劑混合后進(jìn)行反應(yīng)，得到反應(yīng)混合物；然后將上述步驟得到的反應(yīng)混合物分離后，得到反應(yīng)產(chǎn)物；最后將上述步驟得到的反應(yīng)產(chǎn)物在分散劑中進(jìn)行剝離后，得到氧化石墨烯分散液。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有的制備方法中存在多次加料，操作繁瑣，以及反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，需要經(jīng)歷多個(gè)升降溫過(guò)程，控制復(fù)雜的缺陷。本發(fā)明通過(guò)采用密閉的條件，常壓開(kāi)始反應(yīng)，利用反應(yīng)過(guò)程中自身產(chǎn)生的壓力，或是先加壓后，再利用反應(yīng)過(guò)程中自身產(chǎn)生的壓力，實(shí)現(xiàn)自升壓反應(yīng)。

本發(fā)明這種自身帶壓反應(yīng)，在壓力的作用下，插層劑插入石墨片層之間，使得層間作用力減小和層間距離增大。隨后氧化劑進(jìn)入石墨片層之間，發(fā)生氧化反應(yīng)，從而形成氧化石墨烯；壓力的作用使得插層劑和氧化劑更快的進(jìn)入石墨層間，且促使反應(yīng)在短時(shí)間內(nèi)更加完全；而且本發(fā)明的方法能夠在較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)石墨的一階插層，且插層時(shí)間(反應(yīng)平均周期)縮短為1小時(shí)左右，工藝流程短，反應(yīng)過(guò)程中避免了頻繁的升溫和降溫操作，加料無(wú)須使用滴加或少量多次加料，減少了人工操作，因而耗能少，綠色環(huán)保，操作便捷，安全可控，更加適于工業(yè)化大生產(chǎn)，是一種效率高的規(guī)?；瘑螌友趸┲苽浼夹g(shù)；而且本發(fā)明還具有較高的產(chǎn)率和收率，單層氧化石墨烯的片層完整度高的特點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明提供的氧化石墨烯快速制備方法制備的氧化石墨烯，產(chǎn)物中氧化石墨烯層數(shù)為單層，片層面積可達(dá)1～50000μm²，剝離效率相對(duì)于原材料石墨可達(dá)95％以上，即收率可達(dá)95％以上，最高可達(dá)到99.5％。氧化石墨烯片層完整度高，通過(guò)化學(xué)還原或電化學(xué)還原后得到的石墨烯導(dǎo)電率高達(dá)4000S/m以上，這表明氧化石墨烯和石墨烯的晶格完整。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的氧化石墨烯的原子力顯微鏡表征圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的氧化石墨烯的電鏡掃描圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制備的氧化石墨烯的光學(xué)顯微鏡成像圖。

具體實(shí)施方式

為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對(duì)發(fā)明權(quán)利要求的限制。

本發(fā)明所有原料，對(duì)其來(lái)源沒(méi)有特別限制，在市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)的或按照本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的常規(guī)方法制備的即可。

本發(fā)明所有原料，對(duì)其純度沒(méi)有特別限制，本發(fā)明優(yōu)選采用分析純或石墨烯復(fù)合材料領(lǐng)域使用的常規(guī)純度。

本發(fā)明提供了一種氧化石墨烯的制備方法，包括以下步驟：

A)在密閉的條件下，將石墨、插層劑和氧化劑混合后進(jìn)行反應(yīng)，得到反應(yīng)混合物；

B)將上述步驟得到的反應(yīng)混合物分離后，得到反應(yīng)產(chǎn)物；

C)將上述步驟得到的反應(yīng)產(chǎn)物在分散劑中進(jìn)行剝離后，得到氧化石墨烯分散液。

本發(fā)明首先在密閉的條件下，將石墨、插層劑和氧化劑混合后進(jìn)行反應(yīng)，得到反應(yīng)混合物。

本發(fā)明對(duì)所述石墨沒(méi)有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的用于制備石墨烯的石墨即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求及質(zhì)量要求進(jìn)行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述石墨優(yōu)選為鱗片石墨或可膨脹石墨；本發(fā)明所述石墨的目數(shù)沒(méi)有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的用于制備石墨烯的石墨的常規(guī)目數(shù)即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求及質(zhì)量要求進(jìn)行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述石墨的目數(shù)優(yōu)選為100～10000目，更優(yōu)選為500～8000目，更優(yōu)選為2000～6000目，最優(yōu)選為3000～5000目。

本發(fā)明對(duì)所述插層劑沒(méi)有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的用于氧化石墨烯制備的插層劑即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求及質(zhì)量要求進(jìn)行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述插層劑優(yōu)選為強(qiáng)酸，更優(yōu)選包括濃硫酸、濃磷酸、濃硝酸、濃鹽酸、高氯酸、高碘酸、冰醋酸和三氟甲磺酸中的一種或多種，更優(yōu)選為濃硫酸、濃磷酸、濃硝酸、濃鹽酸、高氯酸、高碘酸、冰醋酸或三氟甲磺酸。本發(fā)明對(duì)所述插層劑的用量沒(méi)有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的常規(guī)用量即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求及質(zhì)量要求進(jìn)行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述插層劑與所述石墨的質(zhì)量比優(yōu)選為(5～25)：1，更優(yōu)選為(10～20)：1，最優(yōu)選為(13～17)：1。本發(fā)明對(duì)所述插層劑的濃度沒(méi)有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的常規(guī)的濃度即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求及質(zhì)量要求進(jìn)行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述插層劑的濃度優(yōu)選為10～20mol/L，更優(yōu)選為12～18mol/L，最優(yōu)選為14～16mol/L。

本發(fā)明對(duì)所述氧化劑沒(méi)有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的用于氧化石墨烯制備的氧化劑即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求及質(zhì)量要求進(jìn)行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述氧化劑優(yōu)選為強(qiáng)氧化劑，更優(yōu)選包括高錳酸鉀、高錳酸鈉、高錳酸鋰、錳酸鉀、高鐵酸鉀、高鐵酸鈉、雙氧水、高碘酸鈉、重鉻酸鈉、高氯酸鉀、氯酸鉀、次氯酸鈉、過(guò)硼酸鉀、三氧化鉻和過(guò)硫酸銨中的一種或多種，更優(yōu)選為高錳酸鉀、高錳酸鈉、高錳酸鋰、錳酸鉀、高鐵酸鉀、高鐵酸鈉、雙氧水、高碘酸鈉、重鉻酸鈉、高氯酸鉀、氯酸鉀、次氯酸鈉、過(guò)硼酸鉀、三氧化鉻或過(guò)硫酸銨。本發(fā)明對(duì)所述氧化劑的用量沒(méi)有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的常規(guī)用量即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求及質(zhì)量要求進(jìn)行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述氧化劑與所述石墨的摩爾比優(yōu)選為(1～10)：1，更優(yōu)選為(3～8)：1，最優(yōu)選為(5～6)：1。

本發(fā)明對(duì)所述密閉的條件沒(méi)有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的密閉環(huán)境即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求及質(zhì)量要求進(jìn)行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述密閉的條件優(yōu)選為封閉的反應(yīng)釜。本發(fā)明在密閉的條件下，通過(guò)反應(yīng)過(guò)程中密封體系下溫度變化及氣體釋放實(shí)現(xiàn)常壓下的自升壓反應(yīng)，或初始采用保護(hù)性氣體加壓后，再通過(guò)反應(yīng)過(guò)程中密封體系下溫度變化及氣體釋放實(shí)現(xiàn)自升壓反應(yīng)。本發(fā)明對(duì)所述反應(yīng)的壓力沒(méi)有特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求及質(zhì)量要求進(jìn)行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述反應(yīng)的壓力優(yōu)選為1～10個(gè)大氣壓，更優(yōu)選為2～9個(gè)大氣壓，更優(yōu)選為3～8個(gè)大氣壓，最優(yōu)選為4～7個(gè)大氣壓。本發(fā)明對(duì)所述反應(yīng)的其他條件沒(méi)有特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求及質(zhì)量要求進(jìn)行選擇和調(diào)整，本發(fā)明基于密閉條件下的自升壓反應(yīng)，能夠?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單的工藝流程，溫度低，尤其是反應(yīng)時(shí)間短，本發(fā)明所述反應(yīng)的溫度優(yōu)選為40～120℃，更優(yōu)選為60～100℃，最優(yōu)選為70～90℃；所述反應(yīng)的時(shí)間優(yōu)選為0.5～3h，更優(yōu)選為0.6～2.5h，更優(yōu)選為0.7～1.5h，最優(yōu)選為0.8～1.0h。本發(fā)明對(duì)所述混合的方式?jīng)]有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的混合方式即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求及質(zhì)量要求進(jìn)行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述混合優(yōu)選為攪拌混合。

本發(fā)明對(duì)所述反應(yīng)沒(méi)有其他特別限制，本發(fā)明為優(yōu)化最后產(chǎn)物的性能，優(yōu)選在反應(yīng)中還加入改性劑，從而可以得到多種不同功能和用途的氧化石墨烯分散液，本發(fā)明對(duì)所述改性劑沒(méi)有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的用于氧化石墨烯的改性劑即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求及質(zhì)量要求進(jìn)行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述改性劑優(yōu)選包括硼酸、硼砂、五硫化二磷、五氧化二磷、三氯化硼、三氟化硼、氟化鈉、硫、碘、溴、磷酸銨、氯化銨、尿素、過(guò)氧化尿素、脲、十二烷基磺酸鈉和硫氰酸鉀中的一種或多種，更優(yōu)選為硼酸、硼砂、五硫化二磷、五氧化二磷、三氯化硼、三氟化硼、氟化鈉、硫、碘、溴、磷酸銨、氯化銨、尿素、過(guò)氧化尿素、脲、十二烷基磺酸鈉或硫氰酸鉀。本發(fā)明對(duì)所述改性劑的用量沒(méi)有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的常規(guī)用量即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求及質(zhì)量要求進(jìn)行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述改性劑與所述石墨的摩爾比優(yōu)選為(1～10)：1，更優(yōu)選為(3～8)：1，最優(yōu)選為(5～6)：1。

本發(fā)明然后將上述步驟得到的反應(yīng)混合物分離后，得到反應(yīng)產(chǎn)物。本發(fā)明對(duì)所述分離的具體步驟沒(méi)有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的，得到氧化石墨后的分離過(guò)程即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求及質(zhì)量要求進(jìn)行選擇和調(diào)整，本發(fā)明基于前述步驟對(duì)反應(yīng)進(jìn)程的控制，因而在分離過(guò)程中，可以實(shí)現(xiàn)插層劑的回收利用和分離工序的簡(jiǎn)化，本發(fā)明上述步驟B)具有優(yōu)選為：

B1)將上述步驟得到的反應(yīng)混合物分離后，得到回收插層劑和產(chǎn)物；

B2)將產(chǎn)物、還原劑和水低溫混合反應(yīng)后，分離，洗滌沉淀，得到反應(yīng)產(chǎn)物。

本發(fā)明對(duì)所述分離的方式?jīng)]有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的分離方式即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求及質(zhì)量要求進(jìn)行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述分離優(yōu)選為離心分離；所述分離后的上層清液為澄清的插層劑，用以回收再利用，下層泥狀物質(zhì)為產(chǎn)物。

本發(fā)明然后將產(chǎn)物、還原劑和水低溫混合反應(yīng)后，分離，洗滌沉淀，得到反應(yīng)產(chǎn)物。本發(fā)明對(duì)所述低溫沒(méi)有特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求及質(zhì)量要求進(jìn)行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述低溫優(yōu)選為0～5℃，更優(yōu)選為0～4℃，最優(yōu)選為0～3℃，具體優(yōu)選為采用冰水。本發(fā)明對(duì)所述還原劑和加入量沒(méi)有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的常規(guī)還原劑和加入量即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求及質(zhì)量要求進(jìn)行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述還原劑用以除去殘存的氧化劑，加入量可根據(jù)殘存的氧化劑的量進(jìn)行調(diào)整，極值可以為零；本發(fā)明所述還原劑優(yōu)選包括雙氧水、硫代硫酸鈉、亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉中的一種或多種，更優(yōu)選為雙氧水、硫代硫酸鈉、亞硫酸鈉或亞硫酸氫鈉。本發(fā)明再次離心去除上層清液后，然后優(yōu)選用去離子水反復(fù)離心清洗沉淀，直至中性。

本發(fā)明最后將上述步驟得到的反應(yīng)產(chǎn)物在分散劑中進(jìn)行剝離后，得到氧化石墨烯分散液。

本發(fā)明對(duì)所述分散劑沒(méi)有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的用于氧化石墨烯制備的分散劑即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求及質(zhì)量要求進(jìn)行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述分散劑優(yōu)選包括水、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、四氫呋喃、丙酮、二甲亞砜和甲苯中的一種或多種，更優(yōu)選為水、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、四氫呋喃、丙酮、二甲亞砜或甲苯。本發(fā)明對(duì)所述分散劑的用量沒(méi)有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的常規(guī)用量即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求及質(zhì)量要求進(jìn)行選擇和調(diào)整。

本發(fā)明對(duì)所述剝離的方式?jīng)]有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的氧化石墨烯的剝離的方式即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求及質(zhì)量要求進(jìn)行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述剝離的方式優(yōu)選包括超聲、剪切和球磨中的一種或多種，更優(yōu)選為超聲、剪切或液相球磨。本發(fā)明對(duì)上述具體剝離方式的參數(shù)沒(méi)有特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求及質(zhì)量要求進(jìn)行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述超聲的功率優(yōu)選為20～40000W，更優(yōu)選為1000～30000W，最優(yōu)選為10000～20000W，所述超聲的頻率優(yōu)選為20～40kHz，更優(yōu)選為25～35kHz，最優(yōu)選為27～33kHz；所述超聲的時(shí)間優(yōu)選為10～120分鐘，更優(yōu)選為30～90分鐘，最優(yōu)選為50～70分鐘；所述剪切的轉(zhuǎn)速優(yōu)選為2000～28000rpm，更優(yōu)選為5000～20000rpm，最優(yōu)選為10000～15000rpm；所述剪切的時(shí)間優(yōu)選為10～600分鐘，更優(yōu)選為100～500分鐘，最優(yōu)選為200～400分鐘；所述球磨的轉(zhuǎn)速優(yōu)選為200～1600rpm，更優(yōu)選為500～1200rpm，最優(yōu)選為800～1000rpm；所述球磨的時(shí)間優(yōu)選為1～6h，更優(yōu)選為2～5h，最優(yōu)選為3～4h。

本發(fā)明上述步驟快速制備得到了氧化石墨烯分散液，即單層的氧化石墨烯分散液。本發(fā)明能夠在分散液的基礎(chǔ)上進(jìn)行干燥、烘干或破碎等步驟，得到氧化石墨烯粉末，但本領(lǐng)域常規(guī)中氧化石墨烯產(chǎn)品通常以分散液的形式存在。

本發(fā)明在壓力的作用下，插層劑插入石墨片層之間，使得層間作用力減小和層間距離增大。隨后氧化劑進(jìn)入石墨片層之間，發(fā)生氧化反應(yīng)，從而形成氧化石墨烯；同時(shí)改性試劑也進(jìn)入石墨片層之間，對(duì)石墨片層進(jìn)行改性反應(yīng)。壓力的作用使得插層劑和氧化劑更快的進(jìn)入石墨層間，且促使反應(yīng)在短時(shí)間內(nèi)更加完全。本發(fā)明方法能夠在較低溫度下實(shí)現(xiàn)對(duì)石墨的一階插層，且插層時(shí)間通常低于1小時(shí)，隨后在水溶液中超聲剝離可以在非常短的時(shí)間內(nèi)完成，由此制備的氧化石墨烯基本為單層，其剝離效率相對(duì)于原材料石墨可達(dá)95％以上。

本發(fā)明提供一種工藝流程短，效率高，綠色環(huán)保的規(guī)?；瘑螌友趸┲苽浼夹g(shù)。該方法采用的試劑全部為常見(jiàn)廉價(jià)試劑，制備過(guò)程中酸類插層劑可以回收，由此減小了對(duì)環(huán)境的污染。反應(yīng)過(guò)程中避免了頻繁的升溫和降溫操作，加料無(wú)須使用滴加或少量多次加料，減少了人工操作；反應(yīng)時(shí)間短，耗能少，綠色環(huán)保，操作便捷，安全可控。與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)勢(shì)：

1、本發(fā)明反應(yīng)時(shí)間短。一般氧化還原方式制備氧化石墨烯反應(yīng)時(shí)間從半天到數(shù)十天不等，而本發(fā)明中反應(yīng)時(shí)間為0.5～3小時(shí)，大部分條件情況下反應(yīng)可以在1小時(shí)內(nèi)完成；由于反應(yīng)時(shí)間短，減少了副反應(yīng)的發(fā)生，氧化石墨烯片層完整度高。

2、本發(fā)明操作簡(jiǎn)單?，F(xiàn)有技術(shù)制備氧化石墨烯時(shí)需要嚴(yán)格的升溫、降溫程序，并且需要例如滴加、少量多次加固體粉末等操作，效率非常低。本發(fā)明無(wú)需多次升降溫程序，加料簡(jiǎn)單，效率非常高。

3、本發(fā)明插層劑可回收?，F(xiàn)有技術(shù)制備氧化石墨烯時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后需要加水稀釋濃酸插層劑，促使反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，不僅操作危險(xiǎn)，且濃酸無(wú)法回收利用。本發(fā)明中反應(yīng)結(jié)束后可以先進(jìn)行離心分離插層劑，插層劑回收率80％～95％，并可反復(fù)循環(huán)使用，更為綠色環(huán)保。

4、本發(fā)明產(chǎn)率非常高，一般可以達(dá)到95％以上，最高可達(dá)99.5％?，F(xiàn)有技術(shù)制備氧化石墨烯時(shí)，會(huì)因?yàn)檠趸煌耆档彤a(chǎn)率。本發(fā)明中在壓力作用下插層劑及氧化劑充分進(jìn)入石墨片層內(nèi)部，因此產(chǎn)率非常高。

5.本發(fā)明通過(guò)加入改性試劑，一鍋法即可制備改性的氧化石墨烯，通過(guò)還原即可得到修飾改性的石墨烯，也是快速有效制備功能化石墨烯的辦法。

本發(fā)明還提供了一種石墨烯的制備方法，包括以下步驟：

1)將上述技術(shù)方案任意一項(xiàng)所制備的氧化石墨烯分散液經(jīng)過(guò)還原和純化后，得到石墨烯分散液；

2)將上述步驟得到的石墨烯分散液經(jīng)過(guò)熱處理后，得到石墨烯。

本發(fā)明對(duì)所述還原的方法沒(méi)有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的氧化石墨烯的還原方法即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求及質(zhì)量要求進(jìn)行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述還原的方法優(yōu)選包括化學(xué)還原、電化學(xué)還原或熱還原中的一種或多種，更優(yōu)選采用化學(xué)還原法，更優(yōu)選采用還原劑進(jìn)行還原。本發(fā)明對(duì)所述還原劑沒(méi)有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的氧化石墨烯的還原用還原劑即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求及質(zhì)量要求進(jìn)行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述還原劑優(yōu)選包括水合肼、氫碘酸、亞硫酸氫鈉、亞硫酸鈉、抗壞血酸、抗壞血酸鈉、碘化鋁、葡萄糖和苯甲醛中的一種或多種，更優(yōu)選為水合肼、氫碘酸、亞硫酸氫鈉、亞硫酸鈉、抗壞血酸、抗壞血酸鈉、碘化鋁、葡萄糖或苯甲醛，最優(yōu)選為水合肼、亞硫酸氫鈉、亞硫酸鈉、抗壞血酸、碘化鋁或葡萄糖，具體可以為水合肼。

本發(fā)明對(duì)所述純化的方法沒(méi)有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的石墨烯分散液的純化方法即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求及質(zhì)量要求進(jìn)行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述純化的方式優(yōu)選包括離心、過(guò)濾、洗滌和透析中的一種或多種，更優(yōu)選為離心、過(guò)濾、洗滌或透析。

本發(fā)明對(duì)所述熱處理的方法沒(méi)有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的石墨烯分散液的純化方法即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求及質(zhì)量要求進(jìn)行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述熱處理的方法優(yōu)選包括煅燒，或先干燥后煅燒，更優(yōu)選為先干燥后煅燒。本發(fā)明對(duì)所述干燥的方式?jīng)]有特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求及質(zhì)量要求進(jìn)行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述干燥的方式優(yōu)選包括噴霧干燥、真空干燥和冷凍干燥中的一種或多種，更優(yōu)選為噴霧干燥、真空干燥或冷凍干燥，最優(yōu)選噴霧干燥。本發(fā)明對(duì)所述煅燒的條件沒(méi)有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的煅燒條件即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求及質(zhì)量要求進(jìn)行選擇和調(diào)整，本發(fā)明所述煅燒的溫度優(yōu)選為1200～1800℃，更優(yōu)選為1300～1700℃，最優(yōu)選為1400～1600℃。

本發(fā)明上述步驟快速制備得到的氧化石墨烯和石墨烯，本發(fā)明通過(guò)采用密閉的條件，常壓開(kāi)始反應(yīng)，利用反應(yīng)過(guò)程中自身產(chǎn)生的壓力，或是先加壓后，再利用反應(yīng)過(guò)程中自身產(chǎn)生的壓力，實(shí)現(xiàn)自升壓反應(yīng)。本發(fā)明這種自身帶壓反應(yīng)，工藝流程短，反應(yīng)過(guò)程中避免了頻繁的升溫和降溫操作，加料無(wú)須使用滴加或少量多次加料，減少了人工操作，操作便捷，安全可控；而且加速了反應(yīng)時(shí)間，將反應(yīng)平均周期縮短為1小時(shí)，耗能少；過(guò)程中使用的插層劑和溶劑能夠回收使用，降低了廢水處理量，綠色環(huán)保；此外，還可以通過(guò)改性劑的添加，制備各種元素?fù)诫s的功能化氧化石墨烯和石墨烯，是一種高效，低成本，綠色環(huán)保的快速制備氧化石墨烯的辦法，適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

本發(fā)明在壓力的作用下，插層劑插入石墨片層之間，使得層間作用力減小和層間距離增大。隨后氧化劑進(jìn)入石墨片層之間，發(fā)生氧化反應(yīng)，從而形成氧化石墨烯；同時(shí)改性試劑也進(jìn)入石墨片層之間，對(duì)石墨片層進(jìn)行改性反應(yīng)。壓力的作用使得插層劑和氧化劑更快的進(jìn)入石墨層間，且促使反應(yīng)在短時(shí)間內(nèi)更加完全。本發(fā)明方法能夠在較低溫度下實(shí)現(xiàn)對(duì)石墨的一階插層，隨后在水溶液中超聲剝離可以在非常短的時(shí)間內(nèi)完成，由此制備的氧化石墨烯基本為單層，其剝離效率相對(duì)于原材料石墨可達(dá)95％以上，具有較高的產(chǎn)率和收率，單層氧化石墨烯的片層完整度高的特點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明提供的氧化石墨烯快速制備方法制備的氧化石墨烯，產(chǎn)物中氧化石墨烯層數(shù)為單層，片層面積可達(dá)1～50000μm²，收率可達(dá)95％以上，最高可達(dá)到99.5％。氧化石墨烯片層完整度高，通過(guò)化學(xué)還原或電化學(xué)還原后得到的石墨烯導(dǎo)電率高達(dá)4000S/m以上，這表明氧化石墨烯和石墨烯的晶格完整。

為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的一種氧化石墨烯和石墨烯的快速制備方法進(jìn)行詳細(xì)描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些實(shí)施例是在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，只是為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求的限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍也不限于下述的實(shí)施例。

實(shí)施例1

將1000目的天然鱗片石墨1.0g與3.5g高錳酸鉀混合，加入100mL聚四氟乙烯壓力釜膽中，并加入磁力轉(zhuǎn)子，加入0℃的濃硫酸(98％)30mL。將壓力釜膽放入壓力釜中，常壓下密封壓力釜，壓力釜下方設(shè)置磁力攪拌機(jī)。開(kāi)啟攪拌5min，使得反應(yīng)物充分混合。然后將反應(yīng)釜加熱至60℃反應(yīng)1h，然后冷卻至室溫，泄去壓力后打開(kāi)壓力釜，得到反應(yīng)混合物。

將得到的反應(yīng)混合物在5000rmp下離心5min，上層澄清插層劑回收使用，下層泥狀產(chǎn)物倒入50mL去離子水中稀釋，加入5mL30％的雙氧水去除高價(jià)氧化物，通過(guò)離心去除清液，將沉淀用去離子水反復(fù)離心清洗，直至中性，得到沉淀物，即反應(yīng)產(chǎn)物。

將沉淀物溶于200mL去離子水中并在40kHz下超聲20min，得到剝離好的單層氧化石墨烯溶液。

對(duì)本發(fā)明實(shí)施例1制備的氧化石墨烯進(jìn)行檢測(cè)和實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)。

參見(jiàn)圖1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的氧化石墨烯的原子力顯微鏡表征圖。參見(jiàn)圖2，圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的氧化石墨烯的電鏡掃描圖。參見(jiàn)圖3，圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制備的石墨烯的光學(xué)顯微鏡成像圖。由圖1～圖3的觀察可知，所制備的氧化石墨烯為單層結(jié)構(gòu)，片面積介于1～500μm²；實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，插層劑的回收率為95％，氧化石墨烯的收率為96％。

在此氧化石墨烯分散液中加入5倍氧化石墨烯質(zhì)量的水合肼溶液，離心洗滌，冷凍干燥得到石墨烯粉體，將此粉末加入高溫爐中進(jìn)行高溫還原(1400℃)，得到高導(dǎo)電率石墨烯粉體。

對(duì)本發(fā)明實(shí)施例1制備的高導(dǎo)電率石墨烯進(jìn)行檢測(cè)。

所制備的石墨烯的層數(shù)為4～6層，進(jìn)行電學(xué)檢測(cè)可知，導(dǎo)電率為3600S/m。

實(shí)施例2

將5000目的天然鱗片石墨1.0g與4.0g錳酸鉀及1.0g五氧化二磷混合，加入100mL聚四氟乙烯壓力釜膽中，并加入磁力轉(zhuǎn)子，加入0℃的濃硫酸(98％)30mL。將壓力釜膽放入壓力釜中，常壓下密封壓力釜，壓力釜下方設(shè)置磁力攪拌機(jī)。開(kāi)啟攪拌5min，使得反應(yīng)物充分混合。然后將反應(yīng)釜加熱至50℃反應(yīng)1.5h，然后冷卻至室溫，泄去壓力后打開(kāi)壓力釜，得到反應(yīng)混合物。

將得到的反應(yīng)混合物在5000rmp下離心5min，上層澄清插層劑回收使用，下層泥狀產(chǎn)物倒入50mL去離子水中稀釋，加入5mL30％的雙氧水去除高價(jià)氧化物，通過(guò)離心去除清液，將沉淀用去離子水反復(fù)離心清洗，直至中性，得到沉淀物，即反應(yīng)產(chǎn)物。

將沉淀物溶于200mL去離子水中并在40kHz下超聲20min，得到剝離好的單層氧化石墨烯溶液。

對(duì)本發(fā)明實(shí)施例2制備的氧化石墨烯進(jìn)行檢測(cè)和實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)。

電鏡觀察所得氧化石墨烯為單層結(jié)構(gòu)，片面積介于500～1000μm²；制備過(guò)程中，插層劑的回收率為96％，氧化石墨烯的收率為98％。

在此氧化石墨烯分散液中加入5倍氧化石墨烯質(zhì)量的抗壞血酸溶液，離心洗滌，真空干燥得到石墨烯粉體，將此粉末加入高溫爐中進(jìn)行高溫還原(1600℃)，得到高導(dǎo)電率石墨烯粉體。

對(duì)本發(fā)明實(shí)施例2制備的高導(dǎo)電率石墨烯進(jìn)行檢測(cè)。

所制備的石墨烯經(jīng)電鏡觀察，層數(shù)為2～4層，導(dǎo)電率為4200S/m。

實(shí)施例3

將300目的天然鱗片石墨1.0g與2.5g氯酸鉀與1.0g尿素混合，加入100mL聚四氟乙烯壓力釜膽中，并加入磁力轉(zhuǎn)子，加入0℃的濃磷酸與濃硫酸的混合液30mL(比例1:2)。將壓力釜膽放入壓力釜中，常壓下密封壓力釜，壓力釜下方設(shè)置磁力攪拌機(jī)。開(kāi)啟攪拌5min，使得反應(yīng)物充分混合。然后將反應(yīng)釜加熱至50℃反應(yīng)1.5h，然后冷卻至室溫，泄去壓力后打開(kāi)壓力釜，得到反應(yīng)混合物。

將得到的反應(yīng)混合物在5000rmp下離心5min，上層澄清插層劑回收使用，下層泥狀產(chǎn)物倒入50mL去離子水中稀釋，加入5mL飽和亞硫酸鈉去除高價(jià)氧化物，通過(guò)離心去除清液，將沉淀用去離子水反復(fù)離心清洗，直至中性，得到沉淀物，即反應(yīng)產(chǎn)物。

將沉淀物溶于200mL去離子水中并在40kHz下超聲20min，得到剝離好的單層氮雜氧化石墨烯溶液。

對(duì)本發(fā)明實(shí)施例3制備的氧化石墨烯進(jìn)行檢測(cè)和實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)。

電鏡觀察所得氧化石墨烯為單層結(jié)構(gòu)，片面積介于1000～3000μm²；制備過(guò)程中，插層劑的回收率為96％，氧化石墨烯的收率為95％。

在此氧化石墨烯分散液中加入5倍氧化石墨烯質(zhì)量的亞硫酸鈉溶液，離心洗滌，噴霧干燥得到石墨烯粉體，將此粉末加入高溫爐中進(jìn)行高溫還原(1800℃)，得到高導(dǎo)電率石墨烯粉體。

對(duì)本發(fā)明實(shí)施例3制備的高導(dǎo)電率石墨烯進(jìn)行檢測(cè)。

所制備的石墨烯經(jīng)電鏡觀察，層數(shù)為2～4層，導(dǎo)電率為4500S/m。

實(shí)施例4

將500目的天然鱗片石墨1.5g與4.5g高碘酸鉀與1.0g單質(zhì)碘混合，加入100mL聚四氟乙烯壓力釜膽中，并加入磁力轉(zhuǎn)子，加入0℃的濃磷酸30mL。將壓力釜膽放入壓力釜中，常壓下密封壓力釜，壓力釜下方設(shè)置磁力攪拌機(jī)。開(kāi)啟攪拌5min，使得反應(yīng)物充分混合。然后將反應(yīng)釜加熱至50℃反應(yīng)1.5h，然后冷卻至室溫，泄去壓力后打開(kāi)壓力釜，得到反應(yīng)混合物。

將得到的反應(yīng)混合物在5000rmp下離心5min，上層插層劑和未反應(yīng)完的碘單質(zhì)回收使用，下層泥狀產(chǎn)物倒入50mL去離子水中稀釋，加入5mL飽和亞硫酸鈉去除高價(jià)氧化物，通過(guò)離心去除清液，將沉淀用去離子水反復(fù)離心清洗，直至中性，得到沉淀物，即反應(yīng)產(chǎn)物。

將沉淀物溶于200mL去離子水中并在40kHz下超聲20min，得到剝離好的單層碘雜氧化石墨烯溶液。

對(duì)本發(fā)明實(shí)施例4制備的氧化石墨烯進(jìn)行檢測(cè)和實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)。

電鏡觀察所得氧化石墨烯為單層結(jié)構(gòu)，片面積介于5000～10000μm²；制備過(guò)程中，插層劑的回收率為97％，氧化石墨烯的收率為97％。

在此氧化石墨烯分散液中加入5倍氧化石墨烯質(zhì)量的碘化鋁溶液，離心洗滌，真空干燥得到石墨烯粉體，將此粉末加入高溫爐中進(jìn)行高溫還原(1600℃)，得到高導(dǎo)電率石墨烯粉體。

對(duì)本發(fā)明實(shí)施例4制備的高導(dǎo)電率石墨烯進(jìn)行檢測(cè)。

所制備的石墨烯經(jīng)電鏡觀察，層數(shù)為2～4層，導(dǎo)電率為4500S/m。

實(shí)施例5

將10000目的天然鱗片石墨1.5g與3.0g過(guò)硼酸鉀與1.2g硼酸混合，加入100mL聚四氟乙烯壓力釜膽中，并加入磁力轉(zhuǎn)子，加入0℃的濃硝酸與濃硫酸的混合液35mL(比例1:5)。將壓力釜膽放入壓力釜中，常壓下密封壓力釜，壓力釜下方設(shè)置磁力攪拌機(jī)。開(kāi)啟攪拌5min，使得反應(yīng)物充分混合。然后將反應(yīng)釜加熱至75℃反應(yīng)45min，然后冷卻至室溫，泄去壓力后打開(kāi)壓力釜，得到反應(yīng)混合物。

將得到的反應(yīng)混合物在5000rmp下離心5min，上層插層劑回收使用，下層泥狀產(chǎn)物倒入50mL去離子水中稀釋，加入5mL飽和亞硫酸鈉去除高價(jià)氧化物，通過(guò)離心去除清液，將沉淀用去離子水反復(fù)離心清洗，直至中性，得到沉淀物，即反應(yīng)產(chǎn)物。

將沉淀物溶于200mL去離子水中并在40kHz下超聲20min，得到剝離好的單層硼雜氧化石墨烯溶液。

對(duì)本發(fā)明實(shí)施例5制備的氧化石墨烯進(jìn)行檢測(cè)和實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)。

電鏡觀察所得氧化石墨烯為單層結(jié)構(gòu)，片面積介于10000～15000μm²；制備過(guò)程中，插層劑的回收率為96％，氧化石墨烯的收率為97％。

在此氧化石墨烯分散液中加入5倍氧化石墨烯質(zhì)量的碘化鋁溶液，離心洗滌，真空干燥得到石墨烯粉體，將此粉末加入高溫爐中進(jìn)行高溫還原(1600℃)，得到高導(dǎo)電率石墨烯粉體。

對(duì)本發(fā)明實(shí)施例5制備的高導(dǎo)電率石墨烯進(jìn)行檢測(cè)。

所得石墨烯經(jīng)電鏡觀察，層數(shù)為2～4層，導(dǎo)電率為4700S/m。

實(shí)施例6

將1000目的可膨脹石墨1.0g與2.5g高鐵酸鉀與1.3g十二烷基磺酸鈉混合，加入200mL聚四氟乙烯壓力釜膽中，并加入磁力轉(zhuǎn)子，加入0℃的濃磷酸30mL。將壓力釜膽放入壓力釜中，常壓下密封壓力釜，壓力釜下方設(shè)置磁力攪拌機(jī)。開(kāi)啟攪拌5min，使得反應(yīng)物充分混合。然后將反應(yīng)釜加熱至50℃反應(yīng)0.5h，然后冷卻至室溫，泄去壓力后打開(kāi)壓力釜，得到反應(yīng)混合物。

將得到的反應(yīng)產(chǎn)物在5000rmp下離心5min，上層澄清插層劑回收使用，下層泥狀產(chǎn)物倒入50mL去離子水中稀釋。5000rmp下離心5min，去除上層清液，將沉淀用去離子水反復(fù)離心清洗，直至中性，得到沉淀物，即反應(yīng)產(chǎn)物。

將沉淀物溶于200mL去離子水中并在40kHz下超聲20min，得到剝離好的十二烷基磺酸鈉改性的單層氧化石墨烯溶液。將此溶液在8000rmp下離心10min，棄去上層清液，并加入50mL丙酮充分?jǐn)嚢?，然后離心并棄去上層清液，重復(fù)此操作5次，將剩余泥狀沉淀溶于100mL丙酮并在攪拌下于40kHz超聲發(fā)生器中超聲5min，得到改性單層氧化石墨烯的丙酮溶液。

對(duì)本發(fā)明實(shí)施例6制備的氧化石墨烯進(jìn)行檢測(cè)和實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)。

電鏡觀察所得氧化石墨烯為單層結(jié)構(gòu)，片面積介于15000～25000μm²；制備過(guò)程中，插層劑的回收率為96％，氧化石墨烯的收率為95％。

在此氧化石墨烯分散液中加入5倍氧化石墨烯質(zhì)量的水合肼溶液，離心洗滌，真空干燥得到石墨烯粉體，將此粉末加入高溫爐中進(jìn)行高溫還原(1600℃)，得到高導(dǎo)電率石墨烯粉體。

對(duì)本發(fā)明實(shí)施例6制備的高導(dǎo)電率石墨烯進(jìn)行檢測(cè)。

所制備的石墨烯經(jīng)電鏡觀察，層數(shù)為1～2層，導(dǎo)電率為4500S/m。

實(shí)施例7

將500目的可膨脹石墨1.8g與3.8g重鉻酸鉀與0.8g三氟化硼苯酚絡(luò)合物混合，加入200mL聚四氟乙烯壓力釜膽中，并加入磁力轉(zhuǎn)子，加入0℃的濃硝酸與濃硫酸的混合液45mL(比例1:5)。將壓力釜膽放入壓力釜中，常壓下密封壓力釜，壓力釜下方設(shè)置磁力攪拌機(jī)。開(kāi)啟攪拌5min，使得反應(yīng)物充分混合。然后將反應(yīng)釜加熱至60℃反應(yīng)50min，然后冷卻至室溫，泄去壓力后打開(kāi)壓力釜，得到反應(yīng)混合物。

將得到的反應(yīng)產(chǎn)物在5000rmp下離心5min，上層澄清插層劑回收使用，下層泥狀產(chǎn)物倒入50mL去離子水中稀釋，加入5mL飽和亞硫酸鈉去除高價(jià)氧化物。5000rmp下離心5min，去除上層清液，將沉淀用去離子水反復(fù)離心清洗，直至中性，得到沉淀物，即反應(yīng)產(chǎn)物。

將沉淀物溶于200mL去離子水中并在40kHz下超聲20min，得到剝離好的單層硼和氟元素?fù)诫s的氧化石墨烯溶液。將此溶液在8000rmp下離心10min，棄去上層清液，并加入50mL乙醇充分?jǐn)嚢?，然后離心并棄去上層清液，重復(fù)此操作5次，將剩余泥狀沉淀溶于150mL乙醇并在攪拌下于40kHz超聲發(fā)生器中超聲5min，得到改性單層氧化石墨烯的乙醇溶液。

對(duì)本發(fā)明實(shí)施例7制備的氧化石墨烯進(jìn)行檢測(cè)和實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)。

電鏡觀察所得氧化石墨烯為單層結(jié)構(gòu)，片面積介于25000～40000μm²；制備過(guò)程中，插層劑的回收率為98％，氧化石墨烯的收率為98％。

在此氧化石墨烯分散液中加入5倍氧化石墨烯質(zhì)量的水合肼溶液，離心洗滌，真空干燥得到石墨烯粉體，將此粉末加入高溫爐中進(jìn)行高溫還原(1800℃)，得到高導(dǎo)電率石墨烯粉體。

對(duì)本發(fā)明實(shí)施例7制備的高導(dǎo)電率石墨烯進(jìn)行檢測(cè)。

所得石墨烯經(jīng)電鏡觀察，層數(shù)為1～2層，導(dǎo)電率為4900S/m。

實(shí)施例8

將5000目的可膨脹石墨2.5g與5.7g高氯酸鉀與0.6g五硫化二磷混合，加入200mL聚四氟乙烯壓力釜膽中，并加入磁力轉(zhuǎn)子，加入0℃的濃磷酸60mL。將壓力釜膽放入壓力釜中，常壓下密封壓力釜，壓力釜下方設(shè)置磁力攪拌機(jī)。開(kāi)啟攪拌5min，使得反應(yīng)物充分混合。然后將反應(yīng)釜加熱至80℃反應(yīng)60min，然后冷卻至室溫，泄去壓力后打開(kāi)壓力釜，得到反應(yīng)混合物。

將得到的反應(yīng)產(chǎn)物在5000rmp下離心5min，上層澄清插層劑回收使用，下層泥狀產(chǎn)物倒入50mL去離子水中稀釋，加入5mL飽和亞硫酸鈉去除高價(jià)氧化物。5000rmp下離心5min，去除上層清液，將沉淀用去離子水反復(fù)離心清洗，直至中性，得到沉淀物，即反應(yīng)產(chǎn)物。

將沉淀物溶于200mL去離子水中并在40kHz下超聲20min，得到剝離好的單層硫和磷元素?fù)诫s的氧化石墨烯溶液。將此溶液在8000rmp下離心10min，棄去上層清液，并加入50mL四氫呋喃充分?jǐn)嚢?，然后離心并棄去上層清液，重復(fù)此操作5次，將剩余泥狀沉淀溶于150mL四氫呋喃并在攪拌下于40kHz超聲發(fā)生器中超聲5min后，得到改性單層氧化石墨烯的四氫呋喃溶液。

對(duì)本發(fā)明實(shí)施例8制備的氧化石墨烯進(jìn)行檢測(cè)和實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)。

電鏡觀察所得氧化石墨烯為單層結(jié)構(gòu)，片面積介于35000～50000μm²；制備過(guò)程中，插層劑的回收率為97％，氧化石墨烯的收率為99.5％。

在此氧化石墨烯分散液中加入5倍氧化石墨烯質(zhì)量的水合肼溶液，離心洗滌，真空干燥得到石墨烯粉體，將此粉末加入高溫爐中進(jìn)行高溫還原(1800℃)，得到高導(dǎo)電率石墨烯粉體。

對(duì)本發(fā)明實(shí)施例8制備的高導(dǎo)電率石墨烯進(jìn)行檢測(cè)。

所得石墨烯經(jīng)電鏡觀察，層數(shù)為1～2層，導(dǎo)電率為5100S/m。

以上對(duì)本發(fā)明提供的一種氧化石墨烯和石墨烯的快速制備方法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想，包括最佳方式，并且也使得本領(lǐng)域的任何技術(shù)人員都能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，和實(shí)施任何結(jié)合的方法。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。本發(fā)明專利保護(hù)的范圍通過(guò)權(quán)利要求來(lái)限定，并可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的其他實(shí)施例。如果這些其他實(shí)施例具有不是不同于權(quán)利要求文字表述的結(jié)構(gòu)要素，或者如果它們包括與權(quán)利要求的文字表述無(wú)實(shí)質(zhì)差異的等同結(jié)構(gòu)要素，那么這些其他實(shí)施例也應(yīng)包含在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。