本發明屬于石墨烯的制備方法領域，涉及一種常溫常壓液相快速制備低缺陷石墨烯的方法。

背景技術：

石墨烯是一種二維形式單原子層的碳單質，被理論和實驗驗證為一種穩定的單質碳的存在形式，因其具有特殊的物理和化學性質而備受研究者關注。目前其應用非常廣泛，如電子電導器件、能源材料等。其合成方法已經從最開始的機械力剝離法擴展到現有的多種合成方法如：化學氣相沉積法、外延生長法、液相剝離法、還原氧化石墨烯法等。這些方法均具有一定優勢，但不能形成相對于其他方法的絕對優勢。例如，化學氣相沉積法，雖然制備得到的石墨烯質量較高，但需要大量的催化劑基底，且產量和制備的面積與基底相關性非常大。又如外延生長法需要高溫高真空的合成環境，一般的實驗室尚且不能達到要求。還原氧化石墨烯制備石墨烯的方法雖然很好的解決了產量的問題，但是經此方法合成的石墨烯多為高缺陷密度的石墨烯，嚴重限制了其在電子電工領域的應用。為了在保證石墨烯的質量的同時，提高石墨烯的產量，研究者們提出并進行了多次嘗試，取得了一定的進展。

技術實現要素：

本發明為解決上述問題提供了一種快速、簡單且能夠大規模工業化生產的石墨烯制備方法，且用該方法制得的石墨烯缺陷極低。為獲得高質量的石墨烯的制備方法提供了新的途徑。

本發明提供了一種常溫常壓石墨烯的液相制備方法，其包括以下步驟：

常溫常壓下，將金屬碳化物與給質子體在攪拌或球磨條件下反應，然后清洗掉金屬鹽，離心分離得到的固體物質，干燥后即為所述的石墨烯；

優選地，其中所述常溫為0-40℃，所述常壓為表壓1-10kpa。

優選地，所述金屬碳化物為碳化鈣、碳化鎂、碳化鋇、碳化鋅中的一種或幾種；所述給質子體為水、酸類或醇類中的一種或幾種。

優選地，所述球磨用球磨機來進行，球磨機轉速不高于50hz。

優選地，所述攪拌或球磨的時間不少于10分鐘。

本發明的有益效果：

1、本發明采用常用的金屬碳化物作為碳源，經過簡單的處理及清洗工藝步驟，即可得到石墨烯。實驗中發現，金屬碳化物與給質子體反應，大部分碳源以烴的形式揮發，但一部分 碳源經過偶聯和重構，可以形成石墨環化結構，即石墨烯。這為石墨烯的制備方法提供了新的途徑。這一制備方法為本發明人首次發現。

2、本發明得到的石墨烯缺陷極低，保證了石墨烯的高質量。

3、本發明的副產物烴類經過簡單步驟就可以回收利用。

4、本發明的制備方法原料易得價格低廉，工藝步驟簡單，反應時間短，得到的石墨烯質量高，特別適宜工業化生產。

附圖說明

圖1為實施例1中制備石墨烯反應剛剛結束時，加入大量水，并靜置后的照片。

(a)、(b)、(c)分別代表實施例1、2、3的反應結束后的照片。

圖2為實施例1中制備的石墨烯的掃描電鏡圖。

圖3為實施例2中制備的石墨烯的掃描電鏡圖。

圖4為實施例3中制備的石墨烯的掃描電鏡圖。

圖5為實施例4中制備的石墨烯的掃描電鏡圖。

圖6為實施例5中制備的石墨烯的掃描電鏡圖。

圖7為實施例6中制備的石墨烯的掃描電鏡圖。

圖8為實施例7中制備的石墨烯的掃描電鏡圖。

圖9為實施例8中制備的石墨烯的掃描電鏡圖。

圖10為實施例9中制備的石墨烯的掃描電鏡圖。

圖11為實施例10中制備的石墨烯的掃描電鏡圖。

圖12為實施例1、2、3中制備的石墨烯的xrd譜圖。

圖13為實施例1、2、3中制備的石墨烯的raman譜圖。

圖14為實施例6、7、8中制備的石墨烯的raman譜圖。

圖15為實施例9、10中制備的石墨烯的raman譜圖。

從圖2-11的掃描電鏡圖可以看出所得到的石墨烯的表觀形貌為二維層狀，且為多層石墨烯；

從圖12的x射線多晶粉末衍射譜可以看出所得到的石墨烯具有石墨類材料的標準衍射峰，具有非常高的石墨化程度。

從圖13-15的raman譜圖可以看出所制備的石墨烯具有非常低的缺陷度。

具體實施方式

實施例1

將1.00克碳化鈣加入到10毫升的去離子水(反應溶劑)中，經磁力攪拌十分鐘，完成反應。反應結束后，使用10％hcl溶液清洗除掉反應生成的氫氧化鈣，離心得到的黑色固體，干燥后即為目標產物石墨烯。

實施例2

除使用10％稀鹽酸作為反應溶劑，其他條件與實施例1相同。

實施例3

除使用10毫升10％稀鹽酸作為反應溶劑和2毫升的氮甲基吡咯烷酮(nmp，一種強極性溶劑，常作為層狀材料的剝層分散劑)作為分散溶劑，其他條件與實施例1相同。

實施例4

除使用10毫升10％稀鹽酸作為反應溶劑和2毫升的n,n-二甲基甲酰胺(dmf，一種強極性溶劑)作為分散溶劑，其他條件與實施例1相同。

實施例5

除使用10毫升無水甲酸作為反應溶劑，其他條件與實施例1相同。

實施例6

除使用10毫升無水乙酸作為反應溶劑，其他條件與實施例1相同。

實施例7

除使用10毫升無水乙酸作為反應溶劑和2毫升的n,n-二甲基甲酰胺(dmf，一種強極性溶劑)作為分散溶劑，其他條件與實施例1相同

實施例8

除使用10毫升無水乙酸作為反應溶劑和2毫升的氮甲基吡咯烷酮(nmp，一種強極性溶劑，常作為層狀材料的剝層分散劑)作為分散溶劑，其他條件與實施例1相同。

實施例9

除使用10毫升無水甲醇作為反應溶劑，其他條件與實施例1相同。

實施例10

除使用10毫升乙二醇作為反應溶劑，其他條件與實施例1相同。

技術特征：

技術總結
本發明公開了一種石墨烯的液相制備方法。其包括以下步驟：常溫常壓下，將金屬碳化物與給質子體在攪拌或球磨條件下反應，然后清洗掉金屬鹽，離心分離得到的固體物質，干燥后即為所述的石墨烯。

技術研發人員：孫曉明;王琳;張國新
受保護的技術使用者：北京化工大學
技術研發日：2016.03.01
技術公布日：2017.09.12