本發(fā)明屬于石墨烯技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種微波輔助的高品質(zhì)還原氧化石墨烯的制備方法。

背景技術(shù)：

石墨烯具有優(yōu)良的電學(xué)、光學(xué)、物理、化學(xué)和結(jié)構(gòu)特性，有著廣泛的應(yīng)用前景。到目前為止，常用的石墨烯制備方法有機(jī)械剝離法，化學(xué)氣相沉積法，碳化硅外延生長(zhǎng)法，液相剝離石墨法，氧化石墨烯還原法。但是，對(duì)實(shí)際應(yīng)用來說，能夠低成本、大規(guī)模的制備高品質(zhì)的石墨烯是至關(guān)重要的。在這些方法中，氧化還原石墨烯具有生產(chǎn)成本低、大規(guī)模制備簡(jiǎn)單、產(chǎn)率高的特點(diǎn)，是一種滿足上述要求的有效方法。目前，有很多途徑可以用來制備還原氧化石墨烯，常用的方法有高溫還原法、化學(xué)還原法等?；瘜W(xué)還原法過程中使用的化學(xué)試劑，如水合肼、硼氫化鈉、苯肼以及對(duì)苯二酚等，容易污染環(huán)境。高溫還原法雖然不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，但是這個(gè)過程必須在高溫條件下進(jìn)行，是高能耗的。最重要的是，現(xiàn)有的還原方法無法有效地移除氧化石墨烯含有的含氧官能團(tuán)，還原效果差，制備的還原氧化石墨烯仍然是高度無序的。因此，開發(fā)兼具低成本、大規(guī)模的制備高品質(zhì)的還原氧化石墨烯的方法是一個(gè)迫切需要解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種微波輔助的高品質(zhì)還原氧化石墨烯的制備方法(圖1)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中制備的還原氧化石墨烯的還原效果差的問題。該方法無污染、工藝簡(jiǎn)單易行、能耗低。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

1)氧化石墨烯薄層的制備

用1％的氯化鈣溶液將濾紙潤(rùn)濕，將氧化石墨烯溶液被滴加到濾紙上，使其鋪展開；然后1％的氯化鈣溶液被用來處理鋪展開的氧化石墨烯；隨后將帶有氧化石墨烯的濾紙?jiān)谌ルx子水中反復(fù)清洗，取出后在空氣中晾干或70℃的烘箱中干燥；最后小心地取下薄層狀的氧化石墨烯。

2)微波輔助的高品質(zhì)還原氧化石墨烯

將觸發(fā)材料和氧化石墨烯薄層一起放入容器中，使其接觸，然后一并放入微波爐中。在微波輻射的條件下，經(jīng)過觸發(fā)劑和微波的共同作用，在幾秒鐘的時(shí)間內(nèi)，氧化石墨烯被還原。

所述的氧化石墨烯通過Hummer法制備；

所述的氧化石墨烯為單層的、橫向尺寸大于10微米的GO；

所述的微波爐為普通的家用微波爐；

所述的觸發(fā)材料包括還原過的氧化石墨烯、石墨烯粉、鐵絲或曲別針等；

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明方法無污染、工藝簡(jiǎn)單易行、能耗低、還原效果好(拉曼光譜有清晰明顯的石墨烯特征峰)，適宜低成本、大規(guī)模制備高品質(zhì)的還原氧化石墨烯。

附圖說明

圖1觸發(fā)方式的微波輔助還原氧化石墨烯示意圖；

圖2氧化石墨烯薄層(a)和微波輔助的高品質(zhì)還原氧化石墨烯薄層(b)；

圖3高定向熱解石墨(HOPG)、化學(xué)氣相沉積的石墨烯(MW-rGO)、微波輔助的高品質(zhì)還原氧化石墨烯(MW-rGO)、熱退火還原氧化石墨烯(rGO)和氧化石墨烯(GO)的X射線光電子能譜表征圖；

圖4高定向熱解石墨、化學(xué)氣相沉積的石墨烯、微波輔助的高品質(zhì)還原氧化石墨烯、熱退火還原氧化石墨烯和氧化石墨烯的拉曼光譜圖；

圖5高定向熱解石墨、化學(xué)氣相沉積的石墨烯、微波輔助的高品質(zhì)還原氧化石墨烯、熱退火還原氧化石墨烯和氧化石墨烯的石墨烯晶域和I_2D/I_G的演化的對(duì)比圖；

圖6微波輔助的鐵絲觸發(fā)的高品質(zhì)還原氧化石墨烯的制備的拉曼光譜圖；

圖7微波輔助的曲別針觸發(fā)的高品質(zhì)還原氧化石墨烯的制備的拉曼光譜圖；

具體實(shí)施方式

為了進(jìn)一步說明本發(fā)明，下面以附圖的方式并結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明提供的高品質(zhì)還原氧化石墨烯的制備進(jìn)行詳細(xì)描述，但不能將其理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。以下實(shí)施例中所采用的材料和儀器均為市售。此外，任何與所記載內(nèi)容相似或均等的方法及材料都可應(yīng)用于本發(fā)明方法中。

下面結(jié)合實(shí)施的實(shí)例以作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1

1)氧化石墨烯薄層的制備

用1％的氯化鈣溶液將濾紙潤(rùn)濕，接著氧化石墨烯溶液被滴加到濾紙上，使其鋪展開；然后1％的氯化鈣溶液被用來處理鋪展開的氧化石墨烯；隨后將帶有氧化石墨烯的濾紙?jiān)谌ルx子水中反復(fù)清洗，取出后在空氣中晾干或70℃的烘箱中干燥；最后小心地取下薄層狀的氧化石墨烯。圖2(a)是制備的氧化石墨烯薄層。

2)微波輔助的還原氧化石墨烯制備

將觸發(fā)用的石墨烯和氧化石墨烯薄層一起放入容器中，使其接觸，然后一并放入微波爐中。在微波輻射的條件下，經(jīng)過觸發(fā)劑和微波的共同作用，在幾秒鐘的時(shí)間內(nèi)，氧化石墨烯被還原。圖2(b)是制備的微波輔助的高品質(zhì)還原氧化石墨烯。

將本發(fā)明實(shí)施例1中的還原氧化石墨烯分別進(jìn)行X射線光電子能譜表征以及拉曼光譜表征，結(jié)果被顯示在圖3和圖4，并提取了拉曼光譜中2D峰的強(qiáng)度(I_2D)和G峰的強(qiáng)度(I_G)的比值作為石墨烯晶域尺寸(domain size)的方程，結(jié)果顯示在圖5。

如圖3所示為高定向熱解石墨、化學(xué)氣相沉積的石墨烯、微波輔助的高品質(zhì)還原氧化石墨烯、熱退火還原氧化石墨烯和氧化石墨烯的X射線光電子能譜表征圖。對(duì)還原的氧化石墨烯來說，在286和289eV之間的峰通常歸屬于環(huán)氧化物，羥基，羧基等。在微波輔助條件下制備的高品質(zhì)還原氧化石墨烯的X射線光電子能譜中，286.9eV處的特征峰消失，那表明經(jīng)過微波還原后，GO中的含氧官能團(tuán)急劇減少。不像氧化石墨烯和熱退火還原氧化石墨烯的X射線光電子能譜的結(jié)果帶有明顯的含氧官能團(tuán)的特征峰，微波輔助的觸發(fā)劑還原的高品質(zhì)還原氧化石墨烯的X射線光電子能譜的結(jié)果更接近CVD-graphene和HOPG的結(jié)果。此外，還原氧化石墨烯的半高寬，稍大于化學(xué)氣相沉積的石墨烯和高定向熱解石墨的半高寬，這表明還原氧化石墨烯中還存在少量的缺陷。

如圖4所示高定向熱解石墨、化學(xué)氣相沉積的石墨烯、微波輔助的高品質(zhì)還原氧化石墨烯、熱退火還原氧化石墨烯和氧化石墨烯的拉曼光譜圖。陡峭而對(duì)稱的2D峰的出現(xiàn)，以及幾乎消失的D峰都表明微波輔助的高品質(zhì)還原氧化石墨烯和高度有序石墨烯具有相似的特征。相對(duì)于高度無序的熱還原制備的rGO，微波輔助的高品質(zhì)還原氧化石墨烯具有和化學(xué)氣相沉積法生長(zhǎng)的石墨烯相似的拉曼光譜，這說明通過這種簡(jiǎn)單的方法制備的還原氧化還石墨烯是高品質(zhì)的。

如圖5所示我們提取了拉曼光譜中2D峰的強(qiáng)度(I_2D)和G峰的強(qiáng)度(I_G)的比值作為石墨烯晶域尺寸的方程，和高定向熱解石墨、化學(xué)氣相沉積的石墨烯、熱退火還原氧化石墨烯和氧化石墨烯的結(jié)果做了對(duì)比。經(jīng)過微波輔助制備的還原氧化石墨烯的石墨烯晶域尺寸和化學(xué)氣相沉積法生長(zhǎng)的石墨烯的晶域尺寸相近，比氧化石墨烯和熱退火的還原氧化石墨烯的石墨烯晶域尺寸明顯增大了許多。這說明經(jīng)過微波還原后制備的還原氧化石墨烯是高品質(zhì)的。

實(shí)施例2

微波輔助的鐵絲觸發(fā)的高品質(zhì)還原氧化石墨烯的制備，其具體技術(shù)方案和實(shí)施例1相似，不同之處在于用鐵絲替換了實(shí)施例1中的石墨烯。制備的石墨烯的拉曼光譜如圖6所示。

實(shí)施例3

微波輔助的曲別針觸發(fā)的高品質(zhì)還原氧化石墨烯的制備，其具體技術(shù)方案和實(shí)施例1相似，不同之處在于用曲別針替換了實(shí)施例1中的石墨烯。制備的石墨烯的拉曼光譜如圖7所示。