本發(fā)明屬于石墨烯領(lǐng)域,具體涉及一種一步法制備氧化石墨烯的方法。
背景技術(shù):
石墨烯因其具有特殊的電學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)和光學(xué)等性能,在應(yīng)用方面具有廣泛市場,但這種潛質(zhì)要求石墨烯可以進(jìn)行大規(guī)模的處理,其納米結(jié)構(gòu)得以保持,界面和性能在宏觀材料和應(yīng)用中得以發(fā)揮,這樣石墨烯材料才能夠被有效的利用起來。因此,石墨烯的化學(xué)修飾工藝成為石墨烯材料在應(yīng)用戰(zhàn)略規(guī)劃當(dāng)中不可或缺的一個環(huán)節(jié),特別是在宏觀材料/組件等方面。
現(xiàn)在大規(guī)模制備石墨烯的方法是還原氧化石墨烯,還原的方法包括化學(xué)液相還原、熱還原、光照還原、溶劑熱還原等,其中以化學(xué)液相還原研究的最多,常見的還原劑有水合肼、二甲肼、對苯二酚、nabh4、強(qiáng)堿、純肼、乙二胺等,但化學(xué)還原與熱還原始終面臨工藝復(fù)雜、高污染、高能耗問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于提供一種一步法制備氧化石墨烯的方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種一步法制備氧化石墨烯的方法,包括以下步驟:將6.6g微晶石墨緩慢加入裝有260ml-280ml濃硫酸的反應(yīng)裝置中,在冰浴條件下加入氧化劑,攪拌均勻,將混合體系置于35.5℃的水浴中反應(yīng),緩慢滴加去離子水100ml,滴加完成后將濾液抽濾,然后用15%鹽酸淋洗,分散、超聲、干燥得到氧化石墨烯。
具體地,所述氧化劑與微晶石墨的質(zhì)量比為2.6-3.6:1。
具體地,所述氧化劑為過二硫酸、臭氧、氙酸、高鐵酸、氟化氧、二氟化氙、五氟化溴、三氟化氯、六氟化銠、六氟化鉑、六氟化銥、偏高碘酸、高氙酸、二氟化三氧、二氟化氪的一種或幾種。
具體地,所述去離子水的滴加速度控制在200ml/h以下,保持反應(yīng)體系的溫度為86℃。
本發(fā)明基于熱還原氧化石墨烯,化學(xué)法制備氧化石墨烯,體系內(nèi)有大量的濃硫酸,在反應(yīng)結(jié)束加水過程中,體系釋放大量的熱量。在反應(yīng)過程通過控制去離子水的滴加速度,不添加額外的還原試劑,達(dá)到熱還原溫度,以制備氧化石墨烯。本發(fā)明工藝步驟簡單,與傳統(tǒng)熱還原相比,省去大量步驟,且不需要額外的化學(xué)試劑。
具體實施方式
以下是本發(fā)明的具體實施例,對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步描述,但是本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于這些實施例。凡是不背離本發(fā)明構(gòu)思的改變或等同替代均包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
實施例1
一種一步法制備氧化石墨烯的方法,包括以下步驟:將6.6g微晶石墨緩慢加入裝有260ml濃硫酸的反應(yīng)裝置中,在冰浴條件下加入臭氧,臭氧與微晶石墨的質(zhì)量比為3:1,攪拌均勻,將混合體系置于35.5℃的水浴中反應(yīng),緩慢滴加去離子水100ml,去離子水的滴加速度控制在200ml/h以下,保持反應(yīng)體系的溫度為86℃,滴加完成后將濾液抽濾,然后用15%鹽酸淋洗,分散、超聲、干燥得到氧化石墨烯。
實施例2
一種一步法制備氧化石墨烯的方法,包括以下步驟:將6.6g微晶石墨緩慢加入裝有270ml濃硫酸的反應(yīng)裝置中,在冰浴條件下加入五氟化溴,五氟化溴與微晶石墨的質(zhì)量比為2.6:1,攪拌均勻,將混合體系置于35.5℃的水浴中反應(yīng),緩慢滴加去離子水100ml,去離子水的滴加速度控制在200ml/h以下,保持反應(yīng)體系的溫度為86℃,滴加完成后將濾液抽濾,然后用15%鹽酸淋洗,分散、超聲、干燥得到氧化石墨烯。
實施例3
一種一步法制備氧化石墨烯的方法,包括以下步驟:將6.6g微晶石墨緩慢加入裝有280ml濃硫酸的反應(yīng)裝置中,在冰浴條件下加入偏高碘酸,偏高碘酸與微晶石墨的質(zhì)量比為2.8:1,攪拌均勻,將混合體系置于35.5℃的水浴中反應(yīng),緩慢滴加去離子水100ml,去離子水的滴加速度控制在200ml/h以下,保持反應(yīng)體系的溫度為86℃,滴加完成后將濾液抽濾,然后用15%鹽酸淋洗,分散、超聲、干燥得到氧化石墨烯。
實施例4
一種一步法制備氧化石墨烯的方法,包括以下步驟:將6.6g微晶石墨緩慢加入裝有270ml濃硫酸的反應(yīng)裝置中,在冰浴條件下加入過二硫酸,過二硫酸與微晶石墨的質(zhì)量比為3.5:1,攪拌均勻,將混合體系置于35.5℃的水浴中反應(yīng),緩慢滴加去離子水100ml,去離子水的滴加速度控制在200ml/h以下,保持反應(yīng)體系的溫度為86℃,滴加完成后將濾液抽濾,然后用15%鹽酸淋洗,分散、超聲、干燥得到氧化石墨烯。
實施例5
一種一步法制備氧化石墨烯的方法,包括以下步驟:將6.6g微晶石墨緩慢加入裝有260ml濃硫酸的反應(yīng)裝置中,在冰浴條件下加入氙酸,氙酸與微晶石墨的質(zhì)量比為3.6:1,攪拌均勻,將混合體系置于35.5℃的水浴中反應(yīng),緩慢滴加去離子水100ml,去離子水的滴加速度控制在200ml/h以下,保持反應(yīng)體系的溫度為86℃,滴加完成后將濾液抽濾,然后用15%鹽酸淋洗,分散、超聲、干燥得到氧化石墨烯。
實施例6
一種一步法制備氧化石墨烯的方法,包括以下步驟:將6.6g微晶石墨緩慢加入裝有270ml濃硫酸的反應(yīng)裝置中,在冰浴條件下加入高鐵酸,高鐵酸與微晶石墨的質(zhì)量比為3.2:1,攪拌均勻,將混合體系置于35.5℃的水浴中反應(yīng),緩慢滴加去離子水100ml,去離子水的滴加速度控制在200ml/h以下,保持反應(yīng)體系的溫度為86℃,滴加完成后將濾液抽濾,然后用15%鹽酸淋洗,分散、超聲、干燥得到氧化石墨烯。
實施例7
一種一步法制備氧化石墨烯的方法,包括以下步驟:將6.6g微晶石墨緩慢加入裝有260ml濃硫酸的反應(yīng)裝置中,在冰浴條件下加入二氟化氙,二氟化氙與微晶石墨的質(zhì)量比為3.1:1,攪拌均勻,將混合體系置于35.5℃的水浴中反應(yīng),緩慢滴加去離子水100ml,去離子水的滴加速度控制在200ml/h以下,保持反應(yīng)體系的溫度為86℃,滴加完成后將濾液抽濾,然后用15%鹽酸淋洗,分散、超聲、干燥得到氧化石墨烯。
實施例8
一種一步法制備氧化石墨烯的方法,包括以下步驟:將6.6g微晶石墨緩慢加入裝有280ml濃硫酸的反應(yīng)裝置中,在冰浴條件下加入三氟化氯,三氟化氯與微晶石墨的質(zhì)量比為3.4:1,攪拌均勻,將混合體系置于35.5℃的水浴中反應(yīng),緩慢滴加去離子水100ml,去離子水的滴加速度控制在200ml/h以下,保持反應(yīng)體系的溫度為86℃,滴加完成后將濾液抽濾,然后用15%鹽酸淋洗,分散、超聲、干燥得到氧化石墨烯。
實施例9
一種一步法制備氧化石墨烯的方法,包括以下步驟:將6.6g微晶石墨緩慢加入裝有270ml濃硫酸的反應(yīng)裝置中,在冰浴條件下加入六氟化銠,六氟化銠與微晶石墨的質(zhì)量比為3:1,攪拌均勻,將混合體系置于35.5℃的水浴中反應(yīng),緩慢滴加去離子水100ml,去離子水的滴加速度控制在200ml/h以下,保持反應(yīng)體系的溫度為86℃,滴加完成后將濾液抽濾,然后用15%鹽酸淋洗,分散、超聲、干燥得到氧化石墨烯。
實施例10
一種一步法制備氧化石墨烯的方法,包括以下步驟:將6.6g微晶石墨緩慢加入裝有280ml濃硫酸的反應(yīng)裝置中,在冰浴條件下加入六氟化鉑,六氟化鉑與微晶石墨的質(zhì)量比為2.8:1,攪拌均勻,將混合體系置于35.5℃的水浴中反應(yīng),緩慢滴加去離子水100ml,去離子水的滴加速度控制在200ml/h以下,保持反應(yīng)體系的溫度為86℃,滴加完成后將濾液抽濾,然后用15%鹽酸淋洗,分散、超聲、干燥得到氧化石墨烯。
實施例11
一種一步法制備氧化石墨烯的方法,包括以下步驟:將6.6g微晶石墨緩慢加入裝有260ml濃硫酸的反應(yīng)裝置中,在冰浴條件下加入六氟化銥,六氟化銥與微晶石墨的質(zhì)量比為3:1,攪拌均勻,將混合體系置于35.5℃的水浴中反應(yīng),緩慢滴加去離子水100ml,去離子水的滴加速度控制在200ml/h以下,保持反應(yīng)體系的溫度為86℃,滴加完成后將濾液抽濾,然后用15%鹽酸淋洗,分散、超聲、干燥得到氧化石墨烯。
實施例12
一種一步法制備氧化石墨烯的方法,包括以下步驟:將6.6g微晶石墨緩慢加入裝有270ml濃硫酸的反應(yīng)裝置中,在冰浴條件下加入高氙酸,高氙酸與微晶石墨的質(zhì)量比為2.9:1,攪拌均勻,將混合體系置于35.5℃的水浴中反應(yīng),緩慢滴加去離子水100ml,去離子水的滴加速度控制在200ml/h以下,保持反應(yīng)體系的溫度為86℃,滴加完成后將濾液抽濾,然后用15%鹽酸淋洗,分散、超聲、干燥得到氧化石墨烯。
實施例13
一種一步法制備氧化石墨烯的方法,包括以下步驟:將6.6g微晶石墨緩慢加入裝有280ml濃硫酸的反應(yīng)裝置中,在冰浴條件下加入二氟化三氧,二氟化三氧與微晶石墨的質(zhì)量比為3.2:1,攪拌均勻,將混合體系置于35.5℃的水浴中反應(yīng),緩慢滴加去離子水100ml,去離子水的滴加速度控制在200ml/h以下,保持反應(yīng)體系的溫度為86℃,滴加完成后將濾液抽濾,然后用15%鹽酸淋洗,分散、超聲、干燥得到氧化石墨烯。
實施例14
一種一步法制備氧化石墨烯的方法,包括以下步驟:將6.6g微晶石墨緩慢加入裝有270ml濃硫酸的反應(yīng)裝置中,在冰浴條件下加入二氟化氪,二氟化氪與微晶石墨的質(zhì)量比為3.5:1,攪拌均勻,將混合體系置于35.5℃的水浴中反應(yīng),緩慢滴加去離子水100ml,去離子水的滴加速度控制在200ml/h以下,保持反應(yīng)體系的溫度為86℃,滴加完成后將濾液抽濾,然后用15%鹽酸淋洗,分散、超聲、干燥得到氧化石墨烯。
實施例15
一種一步法制備氧化石墨烯的方法,包括以下步驟:將6.6g微晶石墨緩慢加入裝有280ml濃硫酸的反應(yīng)裝置中,在冰浴條件下加入氟化氧,氟化氧與微晶石墨的質(zhì)量比為2.6:1,攪拌均勻,將混合體系置于35.5℃的水浴中反應(yīng),緩慢滴加去離子水100ml,去離子水的滴加速度控制在200ml/h以下,保持反應(yīng)體系的溫度為86℃,滴加完成后將濾液抽濾,然后用15%鹽酸淋洗,分散、超聲、干燥得到氧化石墨烯。