專利名稱：一種石墨烯的制備方法
技術領域：
本發明屬于ニ維納米材料及其制備領域，特別涉及ー種石墨烯的制備方法。
背景技術：
石墨烯(Graphene)是Sp2雜化碳原子在ニ維空間按照蜂窩狀網格排列而成的單原子層平面晶體，是構成富勒烯、碳納米管和石墨的基本単元，自從2004年英國曼徹斯特大學的A. Geim教授及其合作人員第一次制備成功至今，石墨烯作為材料科學和凝聚態物理領域迅速升起的新星，吸引了眾多科學家對于它各個方面的研究，研究表明，石墨烯的理論比表面積高達2630m2/g，楊氏模量為llOOGpa，斷裂強度為125Gpa，機械強度為1060Gpa，熱導率為5000W/m · k，室溫下電子遷移率為15000cm2/V · S，這些獨特優異的性能，使得石墨烯在傳感器、能量存儲及復合材料等領域具有廣泛的應用前景。 目前石墨烯的制備方法主要有機械剝離法(K. S. Novoselov, etal, Science, 2004, 306, 666-669),化學氣相沉積法(A.Reina，et al, NanoLett. ,2009，9，30-35)，外延生長法(P. W. Sutter, et al, Nat. Mater. , 2008, 7,406-411)，化學氧化還原法(D.Li，et al，Nat. Nanotechnol. , 2008, 3，101-105);這些方法有各自的優點和缺點，機械剝離得到的石墨烯純度高，導電性好，但產率較低而且石墨烯的混合產物難以分離；化學氣相沉積法可以制備出高質量、大面積的石墨烯，外延生長法能夠制備出單層石墨烯，但這兩種方法需采用高溫高壓，實驗條件苛刻，操作エ藝復雜，生產成本高；與前三種方法相比，化學氧化還原法具有操作エ藝簡單、實驗條件溫和、生產成本低等有點，比較適合大規模生產。目前文獻報道的化學還原氧化石墨烯制備石墨烯的還原劑主要有水合餅(Stankovich S，et al, J Mater Chem, 2006，16，155-158)、對苯ニ 酌·(G.X.Wang，et al, Carbon, 2009, 47, 1359-1364)和硼氫化鈉(J. F. Shen, et al, Chem.Mater.，2009, 21，3514-3520)等；水合肼和對苯ニ酚的缺點是毒性大，滿足不了綠色環保的需要；硼氫化鈉由于它的易水解性，使得它的還原效率低下。因此，尋找緑色、高效、無毒的新還原劑及其適合エ業生產石墨烯的制備方法亟待解決。

發明內容
本發明的目的在于提供ー種石墨烯的制備方法，以滿足市場對石墨烯日益增長的需求，該方法的優點是氧化石墨的還原更充分，并且產物易分離，純化過程簡單；制備過程中不添加任何的穩定劑和分散劑，得到的石墨烯含雜質元素少；過程可控，周期短，常壓條件，設備簡単，適于エ業生產，表現出優良性能，在催化、能量傳儲、傳感器等技術領域具有廣泛的應用前景。本發明技術方案如下
ー種石墨烯的制備方法，其特征在于將還原劑加入氧化石墨分散液中加熱進行反應，離心分離即得石墨烯，所述的還原劑為ニ苯胺磺酸鈉。
所述的氧化石墨分散液中的分散劑為去離子水，氧化石墨分散液濃度為O. 25-1. 5mg/mL。所述的二苯胺磺酸鈉與氧化石墨分散液的質量比為O. 271-0. 542:30。所述的氧化石墨是采用Hmnmers法或Hmnmers改進方法制得的。所述的石墨烯的制備步驟如下
步驟一將濃h2so4、K2S2O8和P2O5混合均勻后置于燒杯中，加熱至80°C，向燒杯中加入石墨粉，反應6h，洗滌過濾。步驟二 將步驟一處理過后的石墨粉和硝酸鈉加到冰水浴的濃H2SO4中，攪拌下緩慢加入高錳酸鉀，油浴升溫至35°C后反應2-3h，再加入去離子水后升溫至98°C，保溫O. 5h, 然后滴加質量分數為30%的雙氧水還原未被反應的高錳酸鉀，洗滌經離心分離處理后得到
氧化石墨。步驟三將步驟二制得的氧化石墨加入到水中，然后在300W的超聲功率下處理O. 5h后，在8000rpm的速度下離心5min后，除去沉淀物，得到氧化石墨分散液。步驟四向步驟三所得到的氧化石墨分散液加入二苯胺磺酸鈉，80-100°C回流4-8小時，冷卻至室溫，離心分離，得到石墨烯。本發明是利用化學方法制備氧化石墨，采用二苯胺磺酸鈉為還原劑，不添加任何的穩定劑和分散劑，得到的石墨烯含雜質元素少；過程可控，周期短，常壓條件，設備簡單，適于工業生產，表現出優良性能，在催化、能量傳儲、傳感器等技術領域具有廣泛的應用前
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圖I是實施例2樣品的石墨烯的XRD衍射譜 圖2是實施例2樣品的石墨烯的透射電鏡(TEM) 圖3是實施例2樣品的石墨烯的掃描電鏡(SEM) 圖4是實施例2樣品的石墨烯的拉曼光譜 圖5是實施例3樣品的石墨烯的XRD衍射譜 圖6是實施例7樣品的石墨烯的XRD衍射譜 圖7是實施例8樣品的石墨烯的XRD衍射譜圖。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明進行進一步的闡述。實施例I :
步驟一將15mL&H2S04、2. 5g K2S2O8和2. 5g P2O5混合均勻后置于燒杯中，加熱至80°C，向燒杯中加入5g石墨粉，反應6h，洗滌過濾后干燥。步驟二 將步驟一處理過后的石墨粉和硝酸鈉加到冰水浴的濃115mL H2SO4中，攪拌下緩慢加入高錳酸鉀，油浴升溫至35°C后反應3h，再加入去離子水后升溫至98°C，保溫O. 5h，然后滴加質量分數為30%的雙氧水還原未被反應的高錳酸鉀，洗滌經離心分離處理后得到氧化石墨。步驟三將步驟二制得的氧化石墨加入到水中，然后在300W的超聲功率下處理O. 5h后,在8000rpm的速度下離心5min后，除去沉淀物,得到lmg/L的氧化石墨分散液。步驟四向步驟三所得到的氧化石墨分散液加入二苯胺磺酸鈉，質量比為30:0. 271，100°C回流反應8h，顏色逐漸由棕黃色變為深黑色，冷卻至室溫，離心分離，得到
石墨烯。實施例2:
按實施例I的制備方法，只是將步驟四的反應質量比改為30:0. 407。圖I至圖4分別給出了本實施例制得的石墨烯的粉末XRD衍射譜圖、透射電鏡圖、掃描電鏡和拉曼光譜圖，從粉末XRD衍射譜圖看出，氧化石墨的(001)衍射峰11. 28°，經過 于二苯胺磺酸鈉還原反應，在23. 14°出現(002)衍射峰；從透射電鏡圖和掃描電鏡圖可以看出，石墨烯片有裙皺相互堆積現象；從拉曼光譜圖看出，氧化石墨烯的D峰出現在1350CnT1和G峰在1602 cnT1，石墨烯的D峰在1347CHT1以及G峰在1598CHT1，與相關報道類似，結果表明，通過本發明的方法用氧化石墨制備出石墨烯。實施例3
按實施例I的制備方法，只是將步驟四的反應質量比改為30:0. 542，圖5是本實施例的石墨烯的粉末XRD衍射譜圖，結果表明，通過本發明的方法制備出石墨烯，透射電鏡圖、掃描電鏡和拉曼光譜圖與實施例2類似。實施例4
按實施例I的制備方法，只是將步驟四的回流時間改為6h，XRD衍射譜圖、透射電鏡圖、掃描電鏡和拉曼光譜圖與實施例2類似。實施例5
按實施例I的制備方法，只是將步驟四的回流時間改為4h，XRD衍射譜圖、透射電鏡圖、掃描電鏡和拉曼光譜圖與實施例2類似。實施例6
按實施例I的制備方法，只是將步驟三的氧化石墨烯的濃度lmg/L改為O. 5mg/L, XRD衍射譜圖、透射電鏡圖、掃描電鏡和拉曼光譜圖與實施例2類似。實施例7
按實施例I的制備方法，只是將步驟四的100°c回流8h改為95°C回流5h，圖6是本實施例的石墨烯的粉末XRD衍射譜圖，結果表明，通過本發明的方法制備出石墨烯，透射電鏡圖、掃描電鏡和拉曼光譜圖與實施例2類似。實施例8
按實施例I的制備方法，只是將步驟四的100°c回流8h改為80°C回流8h，圖7是本實施例的石墨烯的粉末XRD衍射譜圖，結果表明，通過本發明的方法制備出石墨烯，透射電鏡圖、掃描電鏡和拉曼光譜圖與實施例2類似。實施例9
按實施例7的制備方法，只是將步驟四的反應質量比改為30:0. 407，XRD衍射譜圖、透射電鏡圖、掃描電鏡和拉曼光譜圖與實施例2類似。
權利要求
1.一種石墨烯的制備方法，其特征在于將還原劑加入氧化石墨分散液中加熱進行反應，反應后冷卻至室溫，離心分離即得石墨烯，所述的還原劑為二苯胺磺酸鈉。
2.如權利要求I所述的一種石墨烯的制備方法，其特征在于所述的氧化石墨分散液中的分散劑為去離子水，氧化石墨分散液濃度為O. 25-1. 5mg/mL。
3.如權利要求I所述的一種石墨烯的制備方法，其特征在于所述的二苯胺磺酸鈉與氧化石墨分散液的質量比為O. 271-0. 542:30。
4.如權利要求I所述的一種石墨烯的制備方法，其特征在于所述氧化石墨分散液的制備方法如下氧化石墨加入到水中，然后在300W的超聲功率下處理O. 5h后,在8000rpm的速度下離心5min后，除去沉淀物，得到氧化石墨分散液。
5.如權利要求I所述的一種石墨烯的制備方法，其特征在于所述反應條件為80-100°C回流4-8小時。
全文摘要
本發明屬于二維納米材料及其制備領域，特別涉及一種石墨烯的制備方法。其特征在于將還原劑加入氧化石墨分散液中加熱進行反應，離心分離即得石墨烯，所述的還原劑為二苯胺磺酸鈉。該方法的優點是氧化石墨的還原更充分，并且產物易分離，純化過程簡單；制備過程中不添加任何的穩定劑和分散劑，得到的石墨烯含雜質元素少；過程可控，周期短，常壓條件，設備簡單，適于工業生產，表現出優良性能，在催化、能量傳儲、傳感器等技術領域具有廣泛的應用前景。
文檔編號C01B31/04GK102862978SQ201210347310
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月19日 優先權日2012年9月19日
發明者劉琦, 紀云洲, 李占峰, 包金婷, 陳林提, 程美令 申請人:常州大學