專利名稱：一種石墨烯的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化學(xué)合成技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯的制備方法，特別是制備公斤級石墨烯粉末的制備方法。
背景技術(shù)：
2004年,英國曼徹斯特大學(xué)Geim教授發(fā)現(xiàn)的石墨烯(Graphene)是一種由單層碳原子緊密堆積成二維蜂窩狀結(jié)構(gòu)的碳質(zhì)新材料。理論研究發(fā)現(xiàn)石墨烯具有200，OOOcmVVs 的載流子遷移率。電子在石墨烯中的運動速度達(dá)到光速的1/300，導(dǎo)電性可以與金屬銅相t匕。此外，石墨烯以其較大的比表面積而具有較大的催化特性，被廣泛應(yīng)用于能源、催化領(lǐng)域，如鋰離子電池、超級電容器等。目前已研究的石墨烯的制備方法主要有微機械剝離法、液相化學(xué)法、熱解SiC法、CVD法等。對于微機械剝離法、熱解SiC法和CVD法所制備的石墨烯，因其所制備的石墨烯呈現(xiàn)薄膜形態(tài)而產(chǎn)率較低，難以應(yīng)用于需求量較大的能源領(lǐng)域。采用液相化學(xué)法制備的石墨烯，以其比表面積大，產(chǎn)率大，成本低廉而有望應(yīng)用于能源領(lǐng)域。至今已有多篇文獻(xiàn)公開報道了，采用液相化學(xué)法制備的石墨烯作為活性物質(zhì)在鋰離子電池、超級電容器等領(lǐng)域的巨大應(yīng)用前景。然而液相化學(xué)法制備石墨烯的過程分為兩個部分，首先將天熱石墨在強氧化劑，如濃硫酸、高錳酸鉀及雙氧水中充分氧化同時使石墨膨脹，得到氧化石墨。其次是在還原氣氛中將上述氧化石墨還原，從而得到石墨烯，也稱氧化石墨烯。現(xiàn)有的還原手段主要有如下幾種1.在惰性氣體中加熱到200度以上還原，但是此種方法所制備的石墨烯常常因為還原不徹底而表現(xiàn)出較差的電導(dǎo)性及催化特性；2.在微波爐中進(jìn)行微波還原，但是由于微波爐難以在惰性氣體中，因此所制備的石墨烯也呈現(xiàn)出還原不徹底的情況；3.在還原劑中，如硼氫化鈉等，在工業(yè)中，制備公斤級石墨烯時，這些殘留物往往對環(huán)境產(chǎn)生巨大的危害，或者需要花費更多的人力、物力去處理殘留物。CN102320598A公開了一種石墨烯的制備方法，具體是將氧化石墨在高溫爐中膨脹，然后在溶解有金屬的液氨溶液中還原得到石墨烯。該方法中所用的液氨是一種刺激性物品，對人體有害，對環(huán)境不友好，其次液氨需要在一定壓強，一定溫度下才能保存，否則會揮發(fā)；此外，通過該方法制備的石墨烯含有氮原子摻雜，導(dǎo)致所制備的石墨烯純度較差，繁瑣的制備工藝，限制了該方法在石墨烯工業(yè)界的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的液相化學(xué)法在制備石墨烯時存在的上述問題，提出了一種石墨烯的制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種石墨烯的制備方法，具體為將氧化石墨溶解分散于綠色還原劑中，在水熱反應(yīng)釜中進(jìn)行水熱反應(yīng)，然后過濾即可得到石墨烯粉末。所述的氧化石墨具體通過強氧化劑對天然石墨進(jìn)行氧化處理所得到。
所述的綠色還原劑，可以是酸、堿、醇、水中的一種或者是任意兩種混合。這里的綠色還原劑需要是液態(tài)的，以便氧化石墨能夠分散均勻，如果綠色還原劑是固態(tài)的，可以是將其溶解在與其性質(zhì)相符的溶劑中，如果綠色還原劑是液態(tài)的則可以直接使用。所述步驟中將氧化石墨溶解分散在綠色還原劑中，氧化石墨的濃度在O.I 1000mg/ml。所述的酸，可以是無機酸，如鹽酸；也可以是有機酸，如乙酸。所述的堿，可以是氫氧化鈉水溶液、氫氧化鈣水溶液、氨水中的一種。所述的醇，可以是甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇、異丙醇中的一種。
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所述的水，是經(jīng)過凈化處理的純凈水。所述的水熱反應(yīng)釜是為反應(yīng)提供一個密閉的環(huán)境，可以承受相應(yīng)的溫度及壓強，是一種現(xiàn)有工具；氧化石墨與綠色還原劑的體積占水熱釜容積的3(Γ80%。所述的水熱反應(yīng)時間在3小時以上、水熱反應(yīng)的溫度在100度以上，具體的反應(yīng)時間及溫度根據(jù)不同的綠色還原劑進(jìn)行調(diào)節(jié)。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的石墨烯的制備方法通過將現(xiàn)有技術(shù)手段制備的氧化石墨分散在綠色還原劑中，在水熱環(huán)境中，通過不平衡反應(yīng)，將氧化石墨上的氧去除，使得其被還原，從而得到石墨烯。本發(fā)明法方法制備的石墨烯含氧量低，電導(dǎo)高，操作簡單，而且成本低廉，效率高，能真正在實現(xiàn)公斤級石墨烯的制備，不采用對環(huán)境危害較大或者毒性較強的還原劑，對環(huán)境無污染，使生長流程大大簡化，適合進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，在基于石墨烯的領(lǐng)域具有潛在的實際應(yīng)用價值。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不限于以下實施例。實施例一、采用水作為綠色還原劑還原氧化石墨制備石墨烯，其具體步驟如下將O. 5g氧化石墨置于在40ml水中，超聲分散；將上述氧化石墨與水的混合物置于50ml的水熱反應(yīng)釜中，在180度下保持12小時；自然冷卻后將水熱反應(yīng)后的水和石墨烯混合物過濾得到石墨烯。通過該實施例獲得的石墨烯，其氧原子與碳原子的比例為10%，拉曼D峰強度與G峰強度的比為O. 8，顯示出氧化石墨已經(jīng)得到良好的還原。實施例二、采用乙醇作為綠色還原劑還原氧化石墨制備石墨烯，其具體步驟如下將Ig氧化石墨置于在40ml乙醇中，超聲分散；將上述氧化石墨與乙醇的混合物置于IOOml的水熱反應(yīng)釜中，在100度下保持12小時；自然冷卻后將水熱反應(yīng)后的乙醇和石墨稀混合物過濾得到石墨稀。通過該實施例獲得的石墨烯，其氧原子與碳原子的比例為8%，拉曼D峰強度與G峰強度的比為O. 7，顯示出氧化石墨已經(jīng)得到良好的還原。實施例三、采用乙酸作為綠色還原劑還原氧化石墨制備石墨烯，其具體步驟如下將O. 3g氧化石墨置于在40ml乙酸中，超聲分散；將上述氧化石墨與乙酸的混合物置于80ml的水熱反應(yīng)釜中，在130度下保持12小時；自然冷卻后將水熱反應(yīng)后的乙酸和石墨稀混合物過濾得到石墨稀。通過該實施例獲得的石墨烯，其氧原子與碳原子的比例為14%，拉曼D峰強度與G峰強度的比為O. 9，顯示出氧化石墨已經(jīng)得到良好的還原。實施例四、采用氨水作為綠色還原劑還原氧化石墨制備石墨烯，其具體步驟如下
將2g氧化石墨置于在80ml氨水中，超聲分散；將上述氧化石墨與氨水的混合物置于150ml的水熱反應(yīng)釜中，在120度下保持4小時；自然冷卻后將水熱反應(yīng)后的氨水和石墨烯混合物過濾得到石墨烯。通過該實施例獲得的石墨烯，其氧原子與碳原子的比例為7%，拉曼D峰強度與G峰強度的比為O. 9，顯示出氧化石墨已經(jīng)得到良好的還原。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種石墨烯的制備方法，具體為將氧化石墨溶解分散于綠色還原劑中，在水熱反應(yīng)釜中反應(yīng)，然后過濾即可得到石墨烯粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，所述的氧化石墨具體通過強氧化劑對天然石墨進(jìn)行氧化處理得到。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，所述的綠色還原劑具體為酸、堿、醇、水中的一種或者是任意兩種混合。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，所述的將氧化石墨溶解分散在綠色還原劑中，氧化石墨的濃度為O. riOOOmg/mL·
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，所述的酸具體為無機酸或有機酸。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，所述的堿具體為氫氧化鈉水溶液、氫氧化鈣水溶液、氨水中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，所述的醇具體為甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇、異丙醇中的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，所述的水是經(jīng)過凈化處理的純凈水。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，氧化石墨與綠色還原劑的體積占水熱釜容積的30 80%。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，所述的水熱反應(yīng)時間在3小時以上、溫度在100度以上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種石墨烯的制備方法，具體通過將現(xiàn)有技術(shù)手段制備的氧化石墨分散在綠色還原劑中，在水熱環(huán)境中，通過不平衡反應(yīng)，將氧化石墨上的氧去除，使得其被還原，從而得到石墨烯。本發(fā)明法方法制備的石墨烯含氧量低，電導(dǎo)高，操作簡單，而且成本低廉，效率高，能真正在實現(xiàn)公斤級石墨烯的制備，不采用對環(huán)境危害較大或者毒性較強的還原劑，對環(huán)境無污染，使生長流程大大簡化，適合進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，在基于石墨烯的領(lǐng)域具有潛在的實際應(yīng)用價值。
文檔編號C01B31/04GK102897756SQ20121034757
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月19日
發(fā)明者王澤高, 陳遠(yuǎn)富, 李萍劍, 賀加瑞, 鄭斌杰, 劉競博, 郝昕, 張萬里, 李言榮 申請人:電子科技大學(xué)