專利名稱：電化學(xué)制備石墨烯粉體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石墨烯的制備方法，特別是一種利用電化學(xué)制備石墨烯的方法。
背景技術(shù)：
石墨烯是由碳六元環(huán)組成的兩維周期蜂窩狀點陣結(jié)構(gòu)，它可以翹曲成零維的富勒烯，卷成一維的碳納米管或者堆垛成三維的石墨，因此石墨烯是構(gòu)成其他石墨材料的基本單元。石墨烯材料還兼有石墨和碳納米管材料的一些優(yōu)良性質(zhì)，例如高熱導(dǎo)性和高機械強度，用石墨烯制備的納米復(fù)合材料也表現(xiàn)出許多優(yōu)異的性能。可以預(yù)見石墨烯在材料領(lǐng)域中將有著廣泛的應(yīng)用。石墨烯更為奇特之處是它具有獨特的電子結(jié)構(gòu)和電學(xué)性質(zhì)。例如，在 4K以下的反常量子霍爾效應(yīng)、室溫下的量子霍爾效應(yīng)、雙極性電場效應(yīng)。特別是電子的高遷移率使得石墨烯可以用于彈道輸運晶體管，并且已經(jīng)用它制造出晶體管原型器件，顯示這種材料有可能取代Si基材料，為發(fā)展超高速計算機芯片帶來突破。石墨烯特殊的結(jié)構(gòu)、突出的導(dǎo)熱導(dǎo)電性能和力學(xué)性能，引起科學(xué)界巨大興趣，成為材料科學(xué)研究熱點。此外，石墨烯還具有良好的生物相容性。因此，石墨烯的電催化性能及其在生物傳感中的應(yīng)用也受到強烈關(guān)注。研究如何制備較大量具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、形貌可控的石墨烯，是系統(tǒng)研究這種新型碳基材料的物化性質(zhì)及其應(yīng)用的基礎(chǔ)。近年來，很多學(xué)者都在致力于探索單層或多層石墨烯的制備方法，目前已知的石墨烯的制備方法主要包括機械剝離法、氧化石墨還原法、外延生長法、化學(xué)氣相沉積法。近來，電化學(xué)家將電化學(xué)方法引入石墨烯的制備當(dāng)中，并取得了良好效果。通過恒電位電化學(xué)還原法，Guo等首次在玻碳電極上直接對氧化石墨烯進(jìn)行電化學(xué)還原，制得石墨烯產(chǎn)物，建立了綠色、快速的制備石墨烯的方法。Guo H L,ffang X F, Qian Q Y, Wang F B, Xia X H. ACS Nano，2009，3 (9) J653 洸59。Wang 等利用循環(huán)伏安法，將固載到玻碳電極表面的氧化石墨烯還原為石墨烯，Wang Z J，Zhou X Z，Zhang J，Boey F， Zhang H. J. Phy. Chem. C, 2009,113(32) :14071 14075。中國專利公開號 CN101634032A 公開了在一恒定電壓下電解還原氧化態(tài)石墨烯溶液在陰極表面得到高質(zhì)量石墨烯，或者將氧化石墨烯溶液滴涂在陰極材料表面也可還原得到石墨烯。上述現(xiàn)有技術(shù)都是采用電化學(xué)方法制備石墨烯，由于沒有使用其它還原劑，制備得到的產(chǎn)物未被雜質(zhì)污染、具有比化學(xué)還原法更高的純度。但上述方法中都是以氧化石墨烯為前驅(qū)體，再通過電化學(xué)還原制備石墨烯。整個制備氧過程比較繁瑣復(fù)雜，耗時過長，其制備條件比較苛刻，制備難度大，對設(shè)備要求高，成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電化學(xué)制備石墨烯粉體的方法，要解決的技術(shù)問題是生產(chǎn)過程中減少對環(huán)境造成的污染，降低制造成本。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種電化學(xué)制備石墨烯粉體的方法，包括以下步驟 一、電解槽正極采用導(dǎo)電石墨，負(fù)極用惰性圓柱電極，正極和負(fù)極間距在1-lOcm，電解液為水系電解液或非水系的電解液，在正極與負(fù)極之間上施加一個0. 1-2. 5V的電壓I-IOmin ； 所述導(dǎo)電石墨為天然鱗片石墨，天然改性石墨，人造石墨，膨脹石墨，高取向熱解石墨中的一種以上，其顆粒大小在5-20 μ m,片狀片大小分布在l-5cm2，含碳量為99. 5 %以上； 所述水系電解液為稀HC1，HSO4, HNO3或可溶性鋰鹽中的一種以上，濃度在20-50mg/mL， pH值0. 50-10. 00 ；所述非水系的電解液為含有碳酸丙烯酯的電解液，其質(zhì)量含量大于 30%，或咪唑、吡啶、吡咯類離子液體；二、將正極與負(fù)極之間施加10-25V的直流電壓，時間為l-30s ；三、過濾用去離子水洗滌并干燥至含水量為500ppm以下，然后按每IOOmg與 50-500mL有機溶劑，分散在有機溶劑中，超聲振蕩得到懸濁液，頻率5_30KHz，功率密度 lOO-lOOOw，時間3-10min，然后將懸濁液在1000-3000rpm下離心處理1-lOmin，收集上層含有石墨烯的清液，干燥得到石墨烯；所述有機溶劑是N，N’ - 二甲基甲酰胺，二甲基亞砜，四氫呋喃，異丙醇，N-甲基吡咯烷酮，丁酮，乙腈，二氯甲烷，氯仿、二苯醚和二氯丙烷中的一種以上。本發(fā)明的在正極與負(fù)極之間上施加0. 1-2. 5V電壓后，將正極與負(fù)極之間直流電壓升到2. 5-10V，持續(xù)時間為0. 5-5min。本發(fā)明的將正極與負(fù)極之間施加10-25V的直流電壓，時間為Ι-lOs，然后將正極與負(fù)極之間施加-25—10V的直流電壓。本發(fā)明的將正極與負(fù)極之間施加-25—10V的直流電壓，時間為2-20s。本發(fā)明的將正極與負(fù)極之間施加10-25V的直流電壓，然后將正極與負(fù)極之間施加-25—10V的直流電壓，時間為3-300s。本發(fā)明的正極采用以下方法制備得到將外徑為I-IOmm的Al或Ni金屬電極插入耐電解液腐蝕、內(nèi)徑為10-50mm的管壁開有1 μ m-0. Imm的篩孔的管子中，管子被不小于350 目篩網(wǎng)包裹，把導(dǎo)電石墨裝入Al或Ni與管子之間，得到正極。本發(fā)明的正極采用以下方法制備得到把導(dǎo)電石墨粉與導(dǎo)電膠水混合后，粘在絲徑為0. 1-0. 5mm、長10-50cm的鎢絲上，導(dǎo)電石墨粉厚度為不超過2mm，然后將粘有導(dǎo)電石墨的鎢絲纏繞在導(dǎo)電金屬片上，螺距為不超過2. 5cm，導(dǎo)電金屬片大小為IX 3-5 X Scm2，得到正極，導(dǎo)電金屬片采用鉬，金，銀，銅，鈦或鉛。本發(fā)明的惰性圓柱電極采用鉬，金，銀，銅，銅合金，鈦，鈦合金，鉛或鉛合金，直徑為不超過6mmο本發(fā)明的電解質(zhì)為鋰鹽LiClO4, LiBF4, LiAsF6, LiPF6。本發(fā)明的離子液體為咪唑類離子液體。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，利用電化學(xué)合成，從原料石墨出發(fā)，通過插層、脫插過程快速合成，整個制備過程都在電解池中進(jìn)行，氧化還原過程都避免有害化學(xué)試劑的加入，極大地減少了對環(huán)境造成的污染，成本低，制備過程簡單快速，便于工業(yè)化生產(chǎn)，制備的石墨烯粉體為單層到20層的石墨烯，可廣泛應(yīng)用于鋰離子電池，超級電容器，太陽能電池，電催化以及生物分析，生物傳感器技術(shù)領(lǐng)域。


圖1是實施例1制備得到的石墨烯粉體的掃描電鏡圖片。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明的電化學(xué)制備石墨烯粉體的方法一，包括以下步驟一、室溫下，電解槽正極采用導(dǎo)電石墨做電極，負(fù)極用惰性圓柱電極，正極和負(fù)極間距在1-lOcm，電解液為水系電解液或非水系的電解液，在正極與負(fù)極之間上施加一個 0. 1-2. 5V的電壓Ι-lOmin，該電壓用于潤濕導(dǎo)電石墨，并可能導(dǎo)致電解質(zhì)中的陰離子穿插到石墨晶粒間隙中，此時導(dǎo)電石墨仍保持片狀。所述導(dǎo)電石墨為天然鱗片石墨，天然改性石墨，人造石墨，膨脹石墨，高取向熱解石墨中的一種以上，其顆粒大小在5-20 μ m，若為片狀片大小分布在l-5cm2，含碳量為 99. 5%以上。高取向熱解石墨的Δ δ <5°，Δ δ是用來描述熱解石墨多晶體內(nèi)碳原子沿 002面沿沉積、排列分布的情況，Δ δ越小，則多晶體越接近單晶。所述正極采用以下方法制備得到將外徑為I-IOmm的Al或Ni金屬電極插入耐電解液腐蝕、內(nèi)徑為10-50mm的管壁開有Ιμπι-O. Imm的篩孔的管子中，管子被不小于350目的篩網(wǎng)包裹，把導(dǎo)電石墨裝入Al或Ni與管子之間，得到正極。或把導(dǎo)電石墨粉與深圳華天河科技有限公司的ΤΗ-3007導(dǎo)電膠水混合后，粘在絲徑為0. 1-0. 5mm、長10-50cm的鎢絲上， 導(dǎo)電石墨粉厚度為不超過2mm，然后將粘有導(dǎo)電石墨的鎢絲纏繞在導(dǎo)電金屬片上，螺距為不超過2. 5cm，導(dǎo)電金屬片大小為IX 3-5 X Scm2，得到正極。導(dǎo)電金屬片采用化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定的金屬鉬，金，銀，銅，鈦或鉛。準(zhǔn)確稱量正極的質(zhì)量。惰性圓柱電極采用具有化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定的導(dǎo)體鉬，金，銀，銅，銅合金，鈦，鈦合金，鉛或鉛合金，直徑為不超過6mm。水系電解液為稀HC1，HSO4, HNO3或可溶性鋰鹽中的一種以上的，濃度在20_50mg/ mL，在酸性溶液中滴加30%的KOH溶液，調(diào)節(jié)溶液pH值為0. 50-10. 00。非水系的電解液為鋰離子電池用的有機電解液和離子液體。鋰離子電池用的有機電解液為含有碳酸丙烯酯PC 的電解液，其質(zhì)量含量大于30 %，電解質(zhì)為鋰鹽LiClO4, LiBF4, LiAsF6, LiPF6,優(yōu)選為LiPF6。 離子液體為咪唑、吡啶、吡咯類離子液體，優(yōu)選導(dǎo)電性好的咪唑類離子液體。二、將正極與負(fù)極之間直流電壓升到2. 5-10V，持續(xù)時間為0. 5-5min，作用是將正極上的石墨膨脹、溶解在電解液中，并漂浮在電解液表面。三、將正極與負(fù)極之間施加10V-25V的直流電壓，時間為l_10s，然后將正極與負(fù)極之間施加-25V—10V的直流電壓，時間為2-20s。重復(fù)此過程，總時間為3_300s，間隔稱量正極的質(zhì)量，至正極質(zhì)量不再降低則反應(yīng)結(jié)束。當(dāng)在正極與負(fù)極之間施加10V-25V 的直流電壓時，漂浮在電解液表面的石墨片開始被氧化，電解液中的陰離子迅速插入到石墨片層間隙中，電解液顏色會出現(xiàn)棕黃色。當(dāng)在正極與負(fù)極之間施加反向的直流電壓， 即-25V-10V時，電解液中被氧化的氧化石墨開始還原，石墨片層間隙中的陰離子迅速脫插，氧化石墨被剝離為石墨烯片，溶液顏色變?yōu)楹谏?。四、過濾得到剝離的石墨烯和未參與反應(yīng)的大顆粒石墨，用去離子水洗滌并真空干燥至含水量為500ppm(質(zhì)量)以下，然后按每IOOmg與50-500mL有機溶劑，分散在有機溶劑中，超聲振蕩得到懸濁液，頻率5-30KHZ，功率密度lOO-lOOOw/cm2，時間3-lOmin，然后將懸濁液在1000-3000rpm下離心處理1-lOmin，收集上層含有石墨烯的清液，以除去石墨剝離過程中產(chǎn)生的較大顆粒的石墨粒子，最后使用現(xiàn)有技術(shù)干燥，得到石墨烯。
有機溶劑是N-N‘二甲基甲酰胺DMF，二甲基亞砜DMS0，四氫呋喃THF，異丙醇，N-甲基吡咯烷酮NMP，丁酮，乙腈，二氯甲烷，氯仿、二苯醚和二氯丙烷中的一種以上。干燥采用現(xiàn)有技術(shù)的氣流干燥、噴霧干燥、流化床干燥、旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥、紅外干燥、 微波干燥或冷凍干燥設(shè)備進(jìn)行干燥。本發(fā)明的電化學(xué)制備石墨烯粉體的方法二，包括以下步驟一、室溫下，電解槽正極采用導(dǎo)電石墨做電極，負(fù)極用惰性圓柱電極，正極和負(fù)極間距在1-lOcm，電解液為水系電解液或非水系的電解液，在酸性溶液中滴加30%的KOH 溶液，調(diào)節(jié)溶液PH值為0.50-10.00。在正極與負(fù)極之間上施加一個1.0-5. OV的電壓 Ι-lOmin，低電壓用于潤濕導(dǎo)電石墨，并可能導(dǎo)致電解質(zhì)中的陰離子穿插到石墨晶粒間隙中，此時導(dǎo)電石墨仍保持片狀。導(dǎo)電石墨、正極、惰性圓柱電極、水系電解液、非水系的電解液前述方法一相同。二、將正極與負(fù)極之間直流電壓升到10-25V，時間5-30s。石墨開始迅速膨脹，電解液變?yōu)楹谏?，石墨烯漂浮在電解液上方。三、過濾得到剝離的石墨烯和未參與反應(yīng)的大顆粒石墨，用去離子水洗滌并真空干燥至含水量為500ppm(質(zhì)量)以下，然后按每IOOmg與50-500mL有機溶劑，分散在有機溶劑中，超聲振蕩得到懸濁液，頻率5-30KHZ，功率密度lOO-lOOOw/cm2，時間3-lOmin，然后將懸濁液在1000-3000rpm下離心處理1-lOmin，收集上層含有石墨烯的清液，以除去石墨剝離過程中產(chǎn)生的較大顆粒的石墨粒子，最后使用現(xiàn)有技術(shù)干燥，得到石墨烯。有機溶劑與前述方法一相同。干燥與前述方法一相同。用日本日立公司的型號為S-4800掃描電鏡，觀測本發(fā)明的方法制備的石墨烯為單層到20層的石墨烯，片層厚度在0. 3-7nm之間，大小在1_50 μ m之間。實施例1，制備正極把高取向熱解石墨粘在直徑為0. 1mm，長50cm鎢絲上，然后纏繞在一塊大小為5cmX8cm的銀片上，螺距為2. 5cm。負(fù)極采用直徑為2mm的鉬圓柱電極。 在250mL的燒杯中，將4g 98%的濃硫酸溶解在IOOmL的去離子水中，然后滴加30%的KOH 溶液，調(diào)節(jié)溶液PH值為0. 50，將上述兩電極平行放置，之間距離1cm。用銅導(dǎo)線連接為電化學(xué)裝置。首先在正極上施加一個1. OV的電壓lOmin，然后將電壓升到3V，持續(xù)時間lmin，石墨和鉬電極表面開始出現(xiàn)小泡泡，石墨邊緣開始溶解，^后始末開始膨脹，繼續(xù)將電壓升到 25V，石墨迅速膨脹剝離為小片，k后石墨反應(yīng)完畢，溶液變?yōu)楹谏?，產(chǎn)物石墨烯漂浮在溶液上方，過濾后得到剝離的石墨烯和未參與反應(yīng)的大顆粒石墨，用去離子水洗滌并75°C下真空干燥池，然后溶解分散在有機溶劑DMF中，超聲頻率15Hz，功率密度100w，時間lOmin，然后將懸濁液在2500rpm下離心處理5min，以除去剝離過程中產(chǎn)生的較大顆粒的石墨粒子， 收集上層含有石墨烯的清液，干燥，得到石墨烯。如圖1所示，制備得到的石墨烯為單層到 20層的石墨烯，片層厚度在0. 3-7nm之間，大小在1_50 μ m之間。實施例2，制備正極把高取向熱解石墨粘在直徑為0. 5mm,長IOcm鎢絲上，然后纏繞在一塊大小為IcmX3cm的銀片上，螺距為0. 7cm。負(fù)極采用直徑為5mm的鉬圓柱電極。在250mL的燒杯中，將4g 98 %的濃硫酸溶解在IOOmL的去離子水中，然后滴加30 % 的KOH溶液，調(diào)節(jié)溶液pH值為7.00士0. 19，將上述兩電極平行放置，之間距離6cm。用銅導(dǎo)線連接為電化學(xué)裝置。首先在正極上施加一個2. 5V的電壓lmin，然后將電壓升至10V， 持續(xù)0. 5min，石墨和鉬電極表面連續(xù)冒出泡泡，然后將電壓升到20V，石墨開始溶解分解為小片，溶液開始變?yōu)樽攸S色，2s后轉(zhuǎn)換電壓為-20V，棕色立刻變?yōu)楹谏?s后轉(zhuǎn)換電壓為 20V,重復(fù)這個過程直至石墨反應(yīng)完畢，溶液變?yōu)楹谏?，產(chǎn)物石墨烯漂浮在溶液上方，過濾后得到剝離的石墨烯和未參與反應(yīng)的大顆粒石墨，用去離子水洗滌并75°C下真空干燥池，然后溶解分散在有機溶劑異丙醇中，超聲頻率5Hz，功率密度200w，時間3min，然后將懸濁液在2000rpm下離心處理6min，以除去剝離過程中產(chǎn)生的較大顆粒的石墨粒子，收集上層含有石墨烯的清液，干燥，得到石墨烯。實施例3，制備正極把膨脹石墨裝在內(nèi)徑為IOmm的管壁用激光開有0. 1 μ m的篩孔的塑料管里，管子被350目篩網(wǎng)包裹，將一個外徑Imm的金屬Ni電極插入其中制成正極。負(fù)極采用直徑為5mm鉬圓柱電極。在250mL的燒杯中，將4g 98%的濃硫酸溶解在 IOOmL的去離子水中，然后滴加30%的KOH溶液，調(diào)節(jié)溶液pH值為10. 00 士0. 05將上述兩電極平行放置，之間距離5cm。用銅導(dǎo)線連接為電化學(xué)裝置。首先在正極上施加一個0. IV 的電壓lOmin，然后將電壓升至2. 5V，持續(xù)5min，石墨和鉬電極表面連續(xù)泡泡，接著將電壓升到25V，石墨開始溶解分解為小片，溶液開始變?yōu)樽攸S色，Is后轉(zhuǎn)換電壓為-25V，棕色立刻變?yōu)楹谏?s后轉(zhuǎn)換電壓為25V,重復(fù)這個過程直至石墨反應(yīng)完畢，溶液變?yōu)楹谏?，產(chǎn)物石墨烯漂浮在溶液上方，得到的片狀石墨烯較實施例2較厚一些，過濾后得到剝離的石墨烯和未參與反應(yīng)的大顆粒石墨，用去離子水洗滌并75°C下真空干燥池，然后溶解分散在有機溶劑THF中，超聲頻率30KHz，功率密度lOOOw，時間lmin，然后將懸濁液在3000rpm下離心處理lmin，以除去剝離過程中產(chǎn)生的較大顆粒的石墨粒子，收集上層含有石墨烯的清液， 干燥，得到石墨烯。實施例4，制備正極把膨脹石墨裝在內(nèi)徑為50mm的管壁用激光開有10 μ m的篩孔的塑料管里，管子被350目篩網(wǎng)包裹，將一個外徑IOmm金屬Al電極插入其中制成正極。 負(fù)極采用直徑為6mm的鉬圓柱電極。在250mL的燒杯中，將4g 98%的濃硫酸溶解在IOOmL 的去離子水中，然后滴加30%的KOH溶液，調(diào)節(jié)溶液pH值為1.00，將上述兩電極平行放置， 之間距離10cm。用銅導(dǎo)線連接為電化學(xué)裝置。首先在正極上施加一個3V的電壓5min，石墨和鉬電極表面連續(xù)冒出泡泡，石墨開始溶解分解為小片，然后轉(zhuǎn)換電壓為10V，石墨開始迅速膨脹，溶液變?yōu)楹谏?，產(chǎn)物石墨烯漂浮在溶液上方，得到的片狀石墨烯，30s后結(jié)束反應(yīng)過濾后得到剝離的石墨烯和未參與反應(yīng)的大顆粒石墨，用去離子水洗滌并75°C下真空干燥 2h，然后溶解分散在有機溶劑DMF中，超聲頻率30KHz，功率密度lOOOw，時間3min，然后將懸濁液在3000rpm下離心處理lmin，以除去剝離過程中產(chǎn)生的較大顆粒的石墨粒子，收集上層含有石墨烯的清液，干燥，得到石墨烯。實施例5，制備正極把高取向熱解石墨粘在直徑為0. 3mm、長30cm的鎢絲上，然后纏繞在一塊大小為3cmX5cm的銀片上，螺距為1. 2cm。負(fù)極采用直徑為3mm的鉬圓柱電極。在250mL的燒杯中，放置鋰電池用電解液，其溶質(zhì)為LiPF6，其濃度為lmol/L，溶劑體系為碳酸丙烯酯PC 碳酸乙烯酯EC 磷酸二甲酯DMC，質(zhì)量比為1 1 1。將上述兩電極平行放置，之間距離6cm。用銅導(dǎo)線連接為電化學(xué)裝置。首先在正極上施加一個1. 5V 的電壓5min，然后將電壓升至5V，持續(xù)3min，石墨和鉬電極表面連續(xù)冒出泡泡，然后將電壓升到10V，石墨開始溶解分解為小片，溶液開始變?yōu)樽攸S色，IOs后轉(zhuǎn)換電壓為-10V，棕色立刻變?yōu)楹谏?0s后轉(zhuǎn)換電壓為10V，重復(fù)這個過程直至石墨反應(yīng)完畢，溶液變?yōu)楹谏?，產(chǎn)物石墨烯漂浮在溶液上方，過濾后得到剝離的石墨烯和未參與反應(yīng)的大顆粒石墨，用去離子水洗滌并75°C下真空干燥池，然后溶解分散在有機溶劑DMF中，超聲頻率ΙΟΚΗζ，功率密度 800w,時間3min，然后將懸濁液在IOOOrpm下離心處理lOmin，以除去剝離過程中產(chǎn)生的較大顆粒的石墨粒子，收集上層含有石墨烯的清液，干燥，得到石墨烯。
實施例6，制備正極把高取向熱解石墨裝在內(nèi)徑為30mm的管壁開有0. Imm的篩孔的塑料管里，管子被350目篩網(wǎng)包裹，將一個外徑5mm金屬Al電極插入其中制成正極。負(fù)極采用直徑為3mm的鉬圓柱電極。電解液為離子液體，其組成為LiTFSI (二(三氟甲基磺酰)亞胺鋰)溶解在有機溶劑EMI-TFSI (二(三氟甲基磺酰)1-乙基-3-甲基咪唑)中，其濃度為lmol/L。將上述兩電極平行放置，之間距離6cm。用銅導(dǎo)線連接為電化學(xué)裝置。首先在正極上施加一個5V的電壓lmin，石墨和鉬電極表面連續(xù)冒出泡泡，然后將電壓升到20V， 時間20s，溶液變?yōu)楹谏?，產(chǎn)物石墨烯漂浮在溶液上方，過濾后得到剝離的石墨烯和未參與反應(yīng)的大顆粒石墨，用去離子水洗滌并75°C下真空干燥池，然后溶解分散在有機溶劑THF 中，超聲頻率2KHz，功率密度500w，時間3min，然后將懸濁液在2000rpm下離心處理5min， 以除去剝離過程中產(chǎn)生的較大顆粒的石墨粒子，收集上層含有石墨烯的清液，干燥，得到石墨煉。
權(quán)利要求
1.一種電化學(xué)制備石墨烯粉體的方法，包括以下步驟一、電解槽正極采用導(dǎo)電石墨， 負(fù)極用惰性圓柱電極，正極和負(fù)極間距在1-lOcm，電解液為水系電解液或非水系的電解液，在正極與負(fù)極之間上施加一個0. 1-2. 5V的電壓I-IOmin ；所述導(dǎo)電石墨為天然鱗片石墨，天然改性石墨，人造石墨，膨脹石墨，高取向熱解石墨中的一種以上，其顆粒大小在 5-20 μ m，片狀片大小分布在l-5cm2，含碳量為99. 5%以上；所述水系電解液為稀HCl，HSO4, HNO3或可溶性鋰鹽中的一種以上，濃度在20-50mg/mL，pH值0. 50-10. 00 ；所述非水系的電解液為含有碳酸丙烯酯的電解液，其質(zhì)量含量大于30%，或咪唑、吡啶、吡咯類離子液體； 二、將正極與負(fù)極之間施加10-25V的直流電壓，時間為l-30s ；三、過濾用去離子水洗滌并干燥至含水量為500ppm以下，然后按每IOOmg與50_500mL有機溶劑，分散在有機溶劑中， 超聲振蕩得到懸濁液，頻率5-30KHZ，功率密度100-1000W，時間3-lOmin，然后將懸濁液在 1000-3000rpm下離心處理1-lOmin，收集上層含有石墨烯的清液，干燥得到石墨烯；所述有機溶劑是N，N’ - 二甲基甲酰胺，二甲基亞砜，四氫呋喃，異丙醇，N-甲基吡咯烷酮，丁酮，乙腈，二氯甲烷，氯仿、二苯醚和二氯丙烷中的一種以上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)制備石墨烯粉體的方法，其特征在于所述在正極與負(fù)極之間上施加0. 1-2. 5V電壓后，將正極與負(fù)極之間直流電壓升到2. 5-10V，持續(xù)時間為 0.5-5min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)制備石墨烯粉體的方法，其特征在于所述將正極與負(fù)極之間施加10-25V的直流電壓，時間為Ι-lOs，然后將正極與負(fù)極之間施加-25-10V的直流電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電化學(xué)制備石墨烯粉體的方法，其特征在于所述將正極與負(fù)極之間施加-25—10V的直流電壓，時間為2-20s。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電化學(xué)制備石墨烯粉體的方法，其特征在于所述將正極與負(fù)極之間施加10-25V的直流電壓，然后將正極與負(fù)極之間施加-25-10V的直流電壓，時間為 3-300s。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)制備石墨烯粉體的方法，其特征在于所述正極采用以下方法制備得到將外徑為I-IOmm的Al或M金屬電極插入耐電解液腐蝕、內(nèi)徑為 10-50mm的管壁開有1μπι-0. Imm的篩孔的管子中，管子被不小于350目篩網(wǎng)包裹，把導(dǎo)電石墨裝入Al或Ni與管子之間，得到正極。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)制備石墨烯粉體的方法，其特征在于所述正極采用以下方法制備得到把導(dǎo)電石墨粉與導(dǎo)電膠水混合后，粘在絲徑為0. 1-0. 5mm、長10-50cm 的鎢絲上，導(dǎo)電石墨粉厚度為不超過2mm，然后將粘有導(dǎo)電石墨的鎢絲纏繞在導(dǎo)電金屬片上，螺距為不超過2. 5cm，導(dǎo)電金屬片大小為lX3-5X8cm2，得到正極，導(dǎo)電金屬片采用鉬， 金，銀，銅，鈦或鉛。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)制備石墨烯粉體的方法，其特征在于所述惰性圓柱電極采用鉬，金，銀，銅，銅合金，鈦，鈦合金，鉛或鉛合金，直徑為不超過6mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)制備石墨烯粉體的方法，其特征在于所述電解質(zhì)為鋰鹽 LiClO4, LiBF4, LiAsF6, LiPF60
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)制備石墨烯粉體的方法，其特征在于所述離子液體為咪唑類離子液體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電化學(xué)制備石墨烯粉體的方法，要解決的技術(shù)問題是生產(chǎn)過程中減少對環(huán)境造成的污染，降低制造成本。本發(fā)明的方法包括以下步驟電解槽正極與負(fù)極之間上施加0.1-2.5V、10-25V的直流電壓，過濾、洗滌并干燥，分散在有機溶劑中，收集含有石墨烯的清液，干燥得到石墨烯。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，利用電化學(xué)合成，從原料石墨出發(fā)，通過插層、脫插過程快速合成，氧化還原過程避免有害化學(xué)試劑的加入，減少了對環(huán)境造成的污染，成本低，制備過程簡單快速，便于工業(yè)化生產(chǎn)，制備的石墨烯粉體為單層到20層的石墨烯，廣泛應(yīng)用于鋰離子電池，超級電容器，太陽能電池，電催化以及生物分析，生物傳感器技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號C25B1/00GK102534642SQ20111043950
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月23日
發(fā)明者呂雪, 孔東亮, 時浩, 梁奇, 梅佳, 陳冠雄 申請人:深圳市貝特瑞納米科技有限公司