可見光還原合成不溶性石墨烯的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種石墨烯的合成方法，特別是指一種不溶性石墨烯的合成方法。
【背景技術】
[0002]氧化石墨還原法是目前制備石墨烯最熱門的方法，所用的還原劑主要有水合肼、硼氫化鈉、對苯二胺等，雖然這些還原劑能有效的將氧化石墨烯還原，但是其巨大的毒性，這些都限制了其推廣和應用。最近，有人又先后用抗壞血酸、葡萄糖、檸檬酸、氨基酸、硫化物等綠色氧化劑，但是他們的還原效果沒有水合肼好。而且，先前的研宄顯示，這種方法導致在石墨分散體中引入了一些雜質(zhì)和殘余的還原劑。此外，超聲后的氧化石墨烯(GO)分散體的還原導致它親水性的顯著下降并最終導致它們不可逆的聚集和沉淀，這將大大影響石墨烯優(yōu)異性能的發(fā)揮。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種可見光還原合成不溶性石墨烯的方法，通過該方法合成的石墨稀性能穩(wěn)定。
[0004]基于上述目的本發(fā)明提供的一種可見光還原合成不溶性石墨烯的方法，包括以下步驟:
[0005](I)將膨脹石墨、過硫酸鈉、釩酸鈉、磷鎢酸和去離子水在常溫下攪拌反應；
[0006](2)反應結束后，將步驟(I)所得的混合物減壓抽濾，洗滌所得濾餅至中性，并將所述濾餅自然干燥；
[0007](3)將所述濾餅氧化，得到氧化石墨烯GO ；
[0008](4)再對步驟(3)所得物質(zhì)減壓抽濾，洗滌所得濾餅至中性，并在去離子水中對所得濾餅超聲；
[0009](5)對步驟(4)超聲后所得物質(zhì)抽濾，取濾液放入外壁有冷卻水的瓶中，并經(jīng)常更換冷卻水，以保持室溫；
[0010](6)將所述濾液通過可見光還原；
[0011](7)將還原后得到的懸浮液干燥，得到片狀固體石墨烯RGO。
[0012]優(yōu)選地，所述步驟(I)中膨脹石墨、過硫酸鈉、釩酸鈉、磷鎢酸各lg，去離子水20ml，反應時間為1h。
[0013]優(yōu)選地，所述步驟(2)中的干燥時間為6h。
[0014]優(yōu)選地，所述步驟(3)中通過去離子水和雙氧水各20ml來氧化，氧化時間為3h。
[0015]優(yōu)選地，所述步驟(4)中的超聲在30ml去離子水中完成，超聲時間為30min，以達到完成修飾的目的。
[0016]優(yōu)選地，所述步驟￠)中通過可見光PL-X300D專用氙燈光源照射6h來完成還原。
[0017]優(yōu)選地，所述步驟(7)在35°C條件下干燥，干燥時間為I天。
[0018]從上面所述可以看出，本發(fā)明提供的可見光還原合成不溶性石墨烯的方法，通過可見光輻射法還原超聲后的氧化石墨來制備穩(wěn)定的不溶性石墨烯，該方法成本低、簡便、快速，不需要用任何光催化劑或者還原劑，實現(xiàn)了大規(guī)模的生產(chǎn)綠色環(huán)保穩(wěn)定的不溶性石墨烯。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明實施例氧化石墨烯的XRD圖；
[0020]圖2為本發(fā)明實施例樣品不洛性石墨稀的XRD圖；
[0021]圖3為本發(fā)明實施例原料膨脹石墨的SEM圖；
[0022]圖4為本發(fā)明實施例氧化石墨烯的SEM圖；
[0023]圖5為本發(fā)明實施例樣品不溶性石墨烯的SEM圖。
【具體實施方式】
[0024]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0025]本說明書中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
[0026]一種可見光還原合成不溶性石墨烯的方法，包括以下步驟:稱取膨脹石墨、過硫酸鈉、釩酸鈉、磷鎢酸各lg，去離子水20ml，置于50ml的燒杯中，常溫下攪拌反應10h。反應結束后，減壓抽濾，洗滌所得濾餅至中性，取濾餅自然干燥6h。將所得濾餅置于50ml燒杯中，加入去離子水和雙氧水各20ml，反應3h，完成氧化過程，得到氧化石墨烯GO。減壓抽濾，洗滌濾餅至中性，放入30ml去離子水中超聲30min，完成修飾過程。超聲后抽濾，取濾液，放入外壁有冷卻水的瓶中，并經(jīng)常更換外壁的冷卻水，以保持室溫，同時通過氙燈光源照射6h，完成還原過程。取上述懸浮液35°C下干燥I天，得片狀固體石墨烯RG0，該片狀固體石墨烯RGO具有不溶性。
[0027]對上述氧化石墨稀GO和不溶性石墨稀RGO的樣品通過X射線衍射儀(D8型德國布魯克公司生產(chǎn))進行分析(見圖1和圖2)，分析時各參數(shù)如下，CuKa輻射，管電壓:40kV，管電流:250mA，2 Θ掃描范圍:10?90°，掃描速度:4° /min，掃描方式為連續(xù)掃描，溫度:室溫(23 °C )，相對濕度:30?40%。
[0028]從文獻可知，膨脹石墨粉在2 Θ約為26°附近會出現(xiàn)一個很尖很強的衍射峰，且分布較窄，即石墨面的衍射峰，說明純石墨微晶片層的空間排列非常規(guī)整，面層間距為0.36nm。從圖1中可以看出石墨被氧化成氧化石墨時，2 Θ =26°衍射峰基本上消失了，而約在2Θ =11.1°處出現(xiàn)一個明顯的衍射峰，為氧化石墨的特征峰，該衍射峰歸屬于氧化石墨片層之間的距離，其間距為0.794nm，遠大于石墨的層間距。說明氧化作用在其層間形成大量極性基團，并且具有極強的吸水性，水分子進入石墨層間，增大了石墨層和層之間的距離，石墨的晶型被破壞，生成了新的晶體結構。從圖2可看出當氧化石墨被還原成石墨烯時，石墨烯約在2 Θ =19.26°附近出現(xiàn)彌散峰，這與石墨的衍射峰位置相近，但衍射峰變寬，強度減弱。這說明氧化石墨經(jīng)過可見光輻射還原后，石墨烯的結構保持，沒有再次團聚形成石墨，石墨片層尺寸更加縮小，晶體結構的完整性下降，無序度增加。這與石墨烯的SEM照片分析是一致的。
[0029]對原料膨脹石墨、氧化石墨稀GO和不溶性石墨稀RGO的樣品通過日本日立公司生產(chǎn)的S4800型掃描電鏡SEM進行分析(見圖3、圖4和圖5)，其中各參數(shù)如下，加速電壓:20kV，放大倍率:25?200.000，分辨率:3.5nm，真空度:6 X 1-6Pa0
[0030]圖3為原料膨脹石墨的SEM圖，從圖3可以看出，膨脹石墨外觀呈疏松的長條狀，這是因為天然石墨在熱膨脹過程中二氧化碳等小分子氣體的快速脫離使得石墨片層發(fā)生折疊。
[0031]圖4為氧化石墨烯GO的SEM圖，圖4中氧化石墨烯GO是片層結構，這主要是在氧化、清洗、干燥、超聲剝離過程后，GO表面的含氧官能團使層間距增大，減弱了層片之間的作用力，導致部分層片剝離，圖4中的GO薄片聚集在一起。
[0032]圖5為不溶性石墨烯RGO的SEM圖，從圖5可以看出，石墨烯呈片狀結構，其片層很薄且片層的長厚比很大，使其表面積增大，吸附能力增強，表明制得的石墨烯完整性好，具有比膨脹石墨和氧化石墨更大的表面積，具有不溶性。
[0033]本發(fā)明并不局限于前述的【具體實施方式】。本發(fā)明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
【主權項】
1.一種可見光還原合成不溶性石墨烯的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將膨脹石墨、過硫酸鈉、釩酸鈉、磷鎢酸和去離子水在常溫下攪拌反應； (2)反應結束后，將步驟(I)所得的混合物減壓抽濾，洗滌所得濾餅至中性，并將所述濾餅自然干燥； (3)將所述濾餅氧化，得到氧化石墨烯GO; (4)再對步驟(3)所得物質(zhì)減壓抽濾，洗滌所得濾餅至中性，并在去離子水中對所得濾餅超聲； (5)對步驟(4)超聲后所得物質(zhì)抽濾，取濾液； (6)將所述濾液通過可見光還原； (7)將還原后得到的懸浮液干燥，得到片狀固體石墨烯RG0。
2.根據(jù)權利要求1所述的可見光還原合成不溶性石墨烯的方法，其特征在于，所述步驟(I)中膨脹石墨、過硫酸鈉、釩酸鈉、磷鎢酸各lg，去離子水20ml，反應時間為10h。
3.根據(jù)權利要求1所述的可見光還原合成不溶性石墨烯的方法，其特征在于，所述步驟(2)中的干燥時間為6h。
4.根據(jù)權利要求1所述的可見光還原合成不溶性石墨烯的方法，其特征在于，所述步驟(3)中通過去離子水和雙氧水各20ml來氧化，氧化時間為3h。
5.根據(jù)權利要求1所述的可見光還原合成不溶性石墨烯的方法，其特征在于，所述步驟(4)中的超聲在30ml去離子水中完成，超聲時間為30min。
6.根據(jù)權利要求1所述的可見光還原合成不溶性石墨烯的方法，其特征在于，所述步驟(6)中通過可見光照射6h來完成還原。
7.根據(jù)權利要求1所述的可見光還原合成不溶性石墨烯的方法，其特征在于，所述步驟(7)在35°C條件下干燥，干燥時間為I天。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可見光還原合成不溶性石墨烯的方法，包括以下步驟：(1)將膨脹石墨、過硫酸鈉、釩酸鈉和磷鎢酸在常溫下攪拌反應；(2)反應結束后，減壓抽濾，洗滌濾餅至中性，并將濾餅自然干燥；(3)將濾餅氧化，得到氧化石墨烯GO；(4)再減壓抽濾，洗滌濾餅至中性，并在去離子水中對其超聲；(5)超聲后抽濾，取濾液；(6)將濾液還原；(7)將還原后得到的懸浮液干燥，得到片狀固體石墨烯RGO。本發(fā)明成本低、簡便，不需要用任何光催化劑或者還原劑，實現(xiàn)了大規(guī)模的生產(chǎn)綠色環(huán)保穩(wěn)定的不溶性石墨烯。
【IPC分類】C01B31-04
【公開號】CN104591170
【申請?zhí)枴緾N201510026795
【發(fā)明人】王科媛, 金崇君, 王珊, 葉晨兒, 李婷, 毛賢鈞
【申請人】寧波卡爾新材料科技有限公司
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2015年1月20日