的存在。然后將初產(chǎn)物重新分散在無水乙醇中，配比約為1.2mg初產(chǎn)物/ImL無水乙醇，超聲40min后靜置3h，收集上層懸浮液，于120°C空氣氛圍中烘干24h，得到黑色石墨烯粉末，實施例18?20產(chǎn)率依次為9.5%、12.7%、和14.5%，電導(dǎo)率依次為21.6,21.8 和 22.3S/cm0
[0044]圖4是實施例18?20所得石墨烯在98%硫酸中的紫外圖譜，其在262nm位置處出現(xiàn)高強(qiáng)度的吸收峰，對應(yīng)于石墨烯的典型吸收峰。圖5(a)和圖5(b)是實施例18?20所得石墨烯與膨脹石墨的XRD圖譜，其中圖5 (b)中實施例18?20所得石墨烯的衍射峰強(qiáng)度均乘以60倍。從圖5(a)可以看到，膨脹石墨在26.5°位置處有非常尖銳的吸收峰，對應(yīng)于石墨的特征衍射峰，相比之下，實施例18?20所得石墨烯衍射峰強(qiáng)渡非常弱，幾乎成了平線，經(jīng)過放大60倍(圖5(b))，可以看到，衍射峰移動到25.8°的位置，但強(qiáng)度仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于膨脹石墨，并且在16°的位置出現(xiàn)了新的衍射峰，表明經(jīng)過拆解反應(yīng)之后，石墨片層的結(jié)晶無序度顯著增大，結(jié)晶度遠(yuǎn)遠(yuǎn)降低，石墨片層確實被有效拆解，獲得了石墨烯。
[0045]實施例21-22
[0046]準(zhǔn)確稱取1.5g膨脹石墨，分別加入1mL苯，再稱取26.2g無水FeCl3*別溶于20mL(實施例21)、50mL(實施例22)乙腈中，將FeCl3S液加入到膨脹石墨中，超聲1min使其混合均勻。然后回流條件下反應(yīng)24h，反應(yīng)結(jié)束后，采用真空抽濾法過濾掉剩余反應(yīng)劑，接著用95%乙醇清洗一遍，再用去離子水反復(fù)洗滌，直至洗滌液中用鐵氰化鉀和亞鐵氰化鉀檢測不到Fe3+和Fe 2+的存在。得初產(chǎn)物重新分散在無水乙醇中并超聲40min，靜置3h后收集上層懸浮液，烘干得黑色石墨烯粉末，產(chǎn)率依次為7.6% (實施例21)、7.8% (實施例22)。
[0047]實施例23-24
[0048]準(zhǔn)確稱取1.5g膨脹石墨，分別加入8mL苯，再分別稱取20g無水FeCl3 (實施例23)、40g無水FeCl3(實施例24)溶于75mL乙腈中，將FeCl3S液加入到膨脹石墨中，超聲1min使其混合均勻。然后回流條件下反應(yīng)24h，反應(yīng)結(jié)束后，采用真空抽濾法過濾掉剩余反應(yīng)劑，接著用95%乙醇清洗一遍，再用去離子水反復(fù)洗滌，直至洗滌液中用鐵氰化鉀和亞鐵氰化鉀檢測不到Fe3+和Fe2+的存在。得初產(chǎn)物重新分散在無水乙醇中并超聲40min，靜置3h后收集上層懸浮液，烘干得黑色石墨烯粉末，產(chǎn)率依次為9.2% (實施例23)、9.8% (實施例24) ο
[0049]實施例25-28
[0050]準(zhǔn)確稱取1.5g膨脹石墨，加入5mL苯，再分別稱取26.2g無水二氯化銅(實施例25)、無水三氯化鋁(實施例26)、無水五氯化鉬(實施例27)、無水五氯化銻(實施例28)溶于75mL乙腈中，分別將各氧化劑溶液加入到膨脹石墨中，超聲1min使其混合均勻。然后回流條件下反應(yīng)24h，反應(yīng)結(jié)束后，采用真空抽濾法過濾掉剩余反應(yīng)劑，接著用95%乙醇清洗一遍，再用去離子水反復(fù)洗滌，直至洗滌液中用鐵氰化鉀和亞鐵氰化鉀檢測不到Fe3+和Fe2+的存在。得初產(chǎn)物重新分散在無水乙醇中并超聲40min，靜置3h后收集上層懸浮液，烘干得黑色石墨烯粉末，產(chǎn)率依次為5.1% (實施例25)、4.7% (實施例26)、3.0% (實施例27),4.4% (實施例 28) ο
[0051]實施例29
[0052]重復(fù)實施例16，反應(yīng)結(jié)束后，采用真空抽濾法過濾掉剩余反應(yīng)劑，接著用95%乙醇清洗一遍，再用去離子水反復(fù)洗滌，直至洗滌液中用鐵氰化鉀和亞鐵氰化鉀檢測不到Fe3+和Fe2+的存在。然后將初產(chǎn)物重新分散在無水乙醇中，配比約為1.2mg初產(chǎn)物/ImL無水乙醇，超聲40min后靜置3h，收集上層懸浮液，再加入無水乙醇，重復(fù)超聲靜置過程，總共進(jìn)行6次，將所收集的上層懸浮液集中，于120°C空氣氛圍中烘干24h，得到黑色石墨烯粉末，最終產(chǎn)率為42.6%，電導(dǎo)率為27.8S/cm。
[0053]圖6(a)、圖6(b)和圖6(c)分別為實施例29中所得的石墨烯在98%硫酸、無水乙醇和水三種介質(zhì)中的紫外-可見光譜，三圖分別在262、260和268nm處有明顯吸收峰，對應(yīng)石墨烯的典型吸收峰。
[0054]圖7(a)為實施例29中所得的石墨烯在不同溶劑中的分散性，從左至右依次為水、甲基吡咯烷酮、二甲基亞砜、四氫呋喃和無水乙醇，后三種溶劑中的分散液濃度分別達(dá)到0.34,0.53和0.57mg/mL ;圖7(b)和圖7(c)分別為圖7(a)中二甲基亞砜和無水乙醇兩種溶劑中的丁達(dá)爾效應(yīng)。顯示出穩(wěn)定分散的膠體溶液特征。
[0055]實施例30
[0056]重復(fù)實施例19，反應(yīng)結(jié)束后，采用真空抽濾法過濾掉剩余反應(yīng)劑，接著用95%乙醇清洗一遍，再用去離子水反復(fù)洗滌，直至洗滌液中用鐵氰化鉀和亞鐵氰化鉀檢測不到Fe3+和Fe2+的存在。然后將初產(chǎn)物重新分散在無水乙醇中，配比約為1.2mg初產(chǎn)物/ImL無水乙醇，超聲40min后靜置3h，收集上層懸浮液，再加入無水乙醇，重復(fù)超聲靜置過程，總共進(jìn)行6次，將所收集的上層懸浮液集中，于120°C空氣氛圍中烘干24h，得到黑色石墨烯粉末，最終產(chǎn)物的產(chǎn)率為40.3%，電導(dǎo)率為21.8S/cm。
[0057]實施例31
[0058]將少量制備的石墨烯分散在乙醇中并進(jìn)行短時間超聲處理，使樣品分散均勻，適當(dāng)稀釋后用滴管吸取滴于干凈的硅片上，晾干后進(jìn)行噴金處理，置于掃描電鏡下進(jìn)行觀察，所得掃描電鏡照片見圖8?？梢钥吹酵该鞯募啂钇瑢咏Y(jié)構(gòu)。
[0059]實施例32
[0060]將少量制備的石墨烯分散在乙醇中并進(jìn)行短時間超聲處理，使樣品分散均勻，適當(dāng)稀釋后用滴管吸取滴于銅網(wǎng)上，晾干后用透射電鏡進(jìn)行觀測并攝像。所得透射電鏡(TEM)照片見圖9。其中右圖為左圖中藍(lán)線區(qū)域的選區(qū)電子衍射圖譜，可以看到單層的石墨烯片，選區(qū)電子衍射呈現(xiàn)規(guī)整的六角形表明所得石墨烯具有完整的晶格結(jié)構(gòu)。
[0061]上述的對實施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于上述實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種高品質(zhì)石墨烯的規(guī)?；苽浞椒?，其特征在于，包括以下步驟: 向膨脹石墨中加入芳烴試劑得到膨脹石墨溶液，將氧化劑溶于有機(jī)溶劑中制成氧化劑溶液，再將氧化劑溶液加入到膨脹石墨溶液中，超聲使其混合均勻，混合溶液在一定溫度的水浴環(huán)境中反應(yīng)完全后，將產(chǎn)物分離出來，即得到石墨烯。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高品質(zhì)石墨烯的規(guī)?；苽浞椒?，其特征在于，所述的氧化劑、膨脹石墨、芳徑、有機(jī)溶劑的配比范圍為(20?40) g:1.5g: (5?10)mL: (20?75)mLo3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高品質(zhì)石墨烯的規(guī)?；苽浞椒?，其特征在于，所述的氧化劑、膨脹石墨、芳徑、有機(jī)溶劑的配比范圍為(23.1?32.4) g:1.5g:5mL:75mL。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高品質(zhì)石墨烯的規(guī)?；苽浞椒?，其特征在于，所述的氧化劑、膨脹石墨、芳徑、有機(jī)溶劑的配比范圍為26.2g:1.5g:5mL:75mL。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高品質(zhì)石墨烯的規(guī)?；苽浞椒ǎ涮卣髟谟?，所述的氧化劑為無水三氯化鐵、無水二氯化銅、無水三氯化鋁、無水五氯化鉬或無水五氯化鋪。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高品質(zhì)石墨烯的規(guī)?；苽浞椒?，其特征在于，所述的芳烴試劑選自甲苯、乙苯、二甲苯、苯、異丙苯或十二烷基苯中的至少一種或多種的混合物。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高品質(zhì)石墨烯的規(guī)模化制備方法，其特征在于，所述的有機(jī)溶劑選自乙腈、二甲亞砜、N-甲基吡咯烷酮、N, N- 二甲基甲酰胺、N, N- 二甲基乙酰胺、己烷、硝基甲烷或硝基乙烷中的至少一種或多種的混合物。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高品質(zhì)石墨烯的規(guī)?；苽浞椒?，其特征在于，反應(yīng)溫度為室溫?99 °C。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高品質(zhì)石墨烯的規(guī)模化制備方法，其特征在于，反應(yīng)溫度為93?99°C。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高品質(zhì)石墨稀的規(guī)模化制備方法，其特征在于，石墨稀的分離方式為:將反應(yīng)后溶液用去離子水、乙醇洗滌后再重新分散在無水乙醇中，超聲后靜置，將上層懸浮液移出收集，再向沉淀中加入無水乙醇，重復(fù)以上操作多次，將懸浮液收集后，烘干得到石墨稀。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高品質(zhì)石墨烯的規(guī)模化制備方法，包括以下步驟：向膨脹石墨中加入芳烴試劑得到膨脹石墨溶液，將氧化劑溶于有機(jī)溶劑中制成氧化劑溶液，再將氧化劑溶液加入到膨脹石墨溶液中，超聲使其混合均勻，混合溶液在一定溫度的水浴環(huán)境中反應(yīng)完全后，將產(chǎn)物分離出來，即得到石墨烯。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用化學(xué)氧化聚合接枝拆解石墨的方法，在不超過100℃的水浴條件下可拆解得到石墨烯。該方法經(jīng)濟(jì)有效、操作簡單，具有規(guī)?；恐苽涞臐摿?。所得產(chǎn)物品質(zhì)好，缺陷非常少，有著良好的應(yīng)用前景，有望應(yīng)用于超級電容器、鋰離子電池、電子器件和離子選擇電極等領(lǐng)域。
【IPC分類】C01B31/04
【公開號】CN104891481
【申請?zhí)枴緾N201510291786
【發(fā)明人】李新貴, 黃美榮, 陶旸
【申請人】同濟(jì)大學(xué)
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年5月30日