專利名稱：油相中高濃度合成石墨烯的方法
技術領域：
本發明涉及石墨烯的合成方法，尤其涉及油相中高濃度的合成石墨烯的方法，屬磷化學領域。
背景技術：
自從2004年,Andre Geim和Konstantin Novoselov用機械剝離法首次分離出單層石墨烯以來，石墨烯的合成不斷推陳出新，其中有微機械分離法、氧化還原法、加熱SiC法、化學氣相沉淀法。受到制備成本和制備條件限制，氧化還原法占有重要地位，是應用較多的方法。氧化還原法生成石墨烯的步驟是在水相中進行，若氧化石墨的濃度過高，容易造成石墨烯重新聚合成石墨，所以只能采用低濃度合成少量的石墨烯。同時產生大量廢水，通 常生產單位質量的石墨烯，所產生的廢水在其50倍以上。有文獻報道，添加分散性物質，提高反應物氧化石墨的濃度，但濃度還是不夠高，達不到工業化生產的要求，不能大規模生產。而且分散性物質不僅增加成本，而且難以去除，也使石墨烯的純度和品質下降。綜合各種文獻和相關專利，石墨烯的生產方法普遍存在產量小，雜質多，產生廢水多，還原劑毒性大等缺點。急需對其生產方法進行改進，而在油相中合成石墨烯，可以大幅度提高產量，不僅不產生大量廢水，溶劑可以回收再使用，不需要添加分散性物質，不會引入雜質，至今沒有發現在有機溶劑中生產石墨烯的報道。
發明內容
為了從根本上避免石墨烯產量小，不能大規模放大，污水排量大，使用肼等有毒還原劑等缺點，本發明要解決的問題是提供油相中合成石墨烯的新方法，在常溫條件下，大量還原氧化石墨，便于工業化生產。為實現本發明目的，本發明在油相中還原氧化石墨制備石墨烯的方法通過下述步驟實現
第一步，氮氣保護下，在有機溶劑中加入一定量干燥研細的氧化石墨，在超聲波作用下，將氧化石墨剝離和分散。第二步，冷卻反應液，加入還原劑三氯化磷，進行還原，加入醇類物質，加熱回流至反應完全。蒸出大部分溶劑，該溶劑可再次用于第一步。第三步，將產物倒入水中，過濾，干燥得到石墨烯。所述有機溶劑為鹵代烴類、烴類、酯類、醚類等，如二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷、1，2-二氯乙烷、苯、甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、四氫呋喃、乙腈等。所述的醇類物質為C1-20的一元醇或多元醇，如乙醇，乙二醇，甲醇，丙醇，丙二醇，丁醇等。優選如下條件
所述第一步中，超聲的功率為10瓦到1000瓦，分散時間為5飛O分鐘。所述第一步中，反應液的濃度為每100毫升溶劑加入廣40克氧化石墨。所述第二步中，冷卻反應液至(T-100°C ；所述第二步中，還原劑三氯化磷的加入量是氧化石墨干重的O. Γιοο倍。本發明采用有機溶劑合成石墨烯，溶劑可以回收再使用，不僅避免了大量廢水的產生，而且不需要添加分散性物質，不會引入雜質，大幅度提高了石墨烯的產量和質量。使用無毒還原劑三氯化磷，有利于環境保護，簡化合成過程，降低成本。本發明生產的石墨烯可用于載體、電容、納米電子器件、炭質新材料、傳感 器、儲能材料等。
具體實施例方式以下結合具體的實施例對本發明的技術方案作進一步說明
合成方法如下
實施例I
氮氣保護下，IOOmL三頸瓶中，加入I. Og氧化石墨烯，10 mL的乙腈。在100瓦的功率下超聲60分鐘。冷卻,在_8°C下,加8 mL (約91. 6mmoL )的P Cl3,攪拌lh。加入乙醇4.5 mL (約77. 2mmoL ),攪拌加熱回流4h后,倒入IOOmL水中，過濾,洗漆,干燥,得產品O. 84g0溶劑乙腈及蒸出的乙醇可再次回收利用。
實施例2
氮氣保護下，IOOmL三頸瓶中，加入I. Og氧化石墨烯，50 mL的乙酸乙酯。在500瓦的功率下超聲30分鐘。冷卻，在-28°C，加8 mL (約91.6mmoL )的P Cl3，攪拌lh。加入丁醇7. 8 mL (約85. 7mmoL ),攪拌加熱回流2h后,倒入IOOmL水中，過濾,洗漆,干燥,得產品O. 78g0溶劑乙酸乙酯及蒸出的丁醇可再次回收利用。
權利要求
1.一種在油相中合成石墨烯的方法，通過下述步驟實現 (1)氮氣保護下，在有機溶劑中加入干燥研細的氧化石墨，在超聲波作用下，將氧化石墨剝離和分散； (2)冷卻反應液，加入還原劑三氯化磷，進行還原，加入醇類物質，加熱回流至反應完全，蒸出大部分溶劑； (3)將產物倒入水中，過濾，洗滌，干燥得到石墨烯。
2.根據權利要求I所述石墨烯的制備方法，其特征是所述的有機溶劑為二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷、1，2_ 二氯乙烷、乙酸乙酯、四氫呋喃、乙腈、苯、甲苯或二甲苯。
3.根據權利要求I所述石墨烯的制備方法，其特征是反應液的濃度為每100毫升溶劑加入1 40克氧化石墨。
4.根據權利要求I所述石墨烯的制備方法，其特征是超聲分散的功率為10瓦到1000瓦，分散時間為5 60分鐘。
5.根據權利要求I所述石墨烯的制備方法，其特征是冷卻反應液至(T-10(TC。
6.根據權利要求I所述石墨烯的制備方法，其特征是加入三氯化磷的量是氧化石墨干重的O. Γ100倍· 根據權利要求I所述石墨烯的制備方法，其特征是加入醇為乙醇，乙二醇，甲醇，丙醇，丙二醇，丁醇。
7.根據權利要求I所述石墨烯的制備方法，其特征是回流溫度是2(T90°C。
8.根據權利要求I所述石墨烯的制備方法，其特征是溶劑回收再使用。
全文摘要
本發明涉及一種在油相中合成石墨烯的新方法，屬磷化學領域。在有機溶劑中加入一定量的氧化石墨，經過超聲分散，冷卻至一定溫度，加入還原劑三氯化磷，攪拌，加熱回流至反應完全。將產物倒入水中，過濾，洗滌，干燥得到石墨烯。本發明工藝流程簡單，反應液濃度高，產量大，溶劑可回收再使用，成本低，石墨烯品質高等優點，適合工業化生產石墨烯。
文檔編號C01B31/04GK102826541SQ201210337818
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月13日 優先權日2012年9月13日
發明者王儲備, 周建偉, 戚航, 褚亮亮, 蘇新梅 申請人:新鄉學院