本發明屬于碳材料技術領域，具體是涉及一種高純度多層石墨烯的制備方法。

背景技術：

石墨烯是由單層碳原子以sp2雜化方式鍵合形成的具有六方點陣蜂窩狀結構的納米碳材料，屬于一種新型的二維晶體材料。石墨烯具有良好的導電性、導熱性、機械性能、透光性和電子學特性，在能量存儲、光電子器件和復合材料領域具有廣泛的應用前景。因此，石墨烯目前已經成為材料學、物理學和化學等多個學科領域的研究熱點。在產業化方面，由于各種制備技術的發展，石墨烯產品的開發近年來也取得了顯著地進展。

石墨烯產品的制備方法多樣，主要包括微機械剝離法、外延生長法、化學氣相沉淀CVD法和氧化石墨還原法，微機械剝離方法可控性較差，制得的石墨烯尺寸較小且存在很大的不確定性；外延生長法能耗高，所用設備需要在高溫下保持超高真空，這為設備的設計制造帶來了極大的難度；化學氣相沉淀CVD法在制備后期，對于石墨烯的轉移過程比較復雜，而且制備成本較高；氧化石墨還原法也被認為是目前制備石墨烯的最佳方法之一，該方法操作簡單、制備成本低，可以大規模地制備出石墨烯，已成為石墨烯制備的有效途徑。但是存在一些弊端，產品質量和純度比較低，因此，探索一種的高純度的石墨烯制備方法，對實現石墨烯的廣泛應用具有十分重要的價值。

技術實現要素：

針對上述現存技術問題，本發明公開了一種高純度多層石墨烯的制備方法，具有操作方便、產品純度高等特點。

本發明目解決上述技術問題所采取的技術方案為：一種高純度多層石墨烯的制備方法，包括以下步驟：

(1)粉碎：采用致密結晶狀石墨為原料，將致密結晶狀石墨置于粉碎機中粉碎，過200-300目篩網，得到石墨粉末；

(2)成型：采用單層平板連續碾壓法將石墨粉末進行加工，首先將石墨粉末裝入給料裝置中，均勻灑落在輸送帶上，使用壓力輥進行碾壓，形成石墨料層，加熱石墨料層，最后將初步成型的石墨料層送入控制厚度尺寸的輥筒中，按所需厚度再壓一次，以便得到厚度均勻的石墨板；

(3)切割：將石墨板用石墨切割機進行切割，切割成所需大小的石墨片；

(4)液體氧化：將石墨片、液體氧化劑混合均勻，置于密閉反應容器中，于冰水中反應1-4h后，常溫下攪拌反應0.5-2h，得到第一懸濁液，將第一懸濁液用去離子水洗滌抽濾至中性，置于烘箱中干燥，得到干燥的產物；

(5)固體氧化：將干燥的產物、固體氧化劑、溶劑混合均勻，加入到帶有磁性攪拌子的密閉容器中，置于磁力攪拌器上，升溫至30-70℃攪拌混合2-4h，得到第二懸濁液，將第二懸濁液用去離子水洗滌抽濾至中性，置于烘箱中干燥，得到氧化石墨；

(6)超聲處理：將氧化石墨置于超聲波清洗機中，進行超聲處理，得到氧化石墨烯；

(7)還原：將氧化石墨烯、還原劑、溶劑混合均勻，加入到帶有磁性攪拌子的密閉容器中，置于磁力攪拌器上，升溫至40-60℃攪拌混合2-5h，得到第三懸濁液；

(8)純化：將第三懸濁液抽濾，抽濾后用乙醇清洗，離心沉降3次，將沉降物用去離子水洗滌，離心沉降3次，最后再用乙醇離心沉降3次，將沉降物置于烘箱中干燥，得到多層石墨烯。

步驟(1)中所述致密結晶狀石墨的含碳量為90％～95％。

步驟(2)中所述的加熱時間為4-8h，加熱溫度為200-600℃；

步驟(2)中所述的石墨板厚度為0.2-0.8mm。

步驟(3)中所述石墨片為正方形，長度為0.5-1cm。

步驟(4)中、步驟(5)中所述干燥溫度為40-80℃，時間為2-4h，步驟(8)中所述干燥溫度為40-80℃，時間為12-18h。

步驟(4)中所述液體氧化劑為濃硫酸、過氧化氫，其中濃硫酸、過氧化氫的重量比為1～3:1，液體氧化劑與石墨片的重量比為15～20:1。

步驟(5)中所述固體氧化劑為高錳酸鉀，溶劑為去離子水，其中固體氧化劑、溶劑、干燥的產物的重量比為5:100～400:1。

步驟(7)中所述還原劑為亞硫酸氫鈉，溶劑為去離子水，其中還原劑、溶劑、氧化石墨烯的重量比為5：100-200：1。

步驟(8)中所述乙醇離心沉降條件為：轉速4000～7000r/min，時間4-7min，去離子水離心沉降條件為：轉速3000-4000r/min，時間5-9min。

本發明具有有益效果：本發明采用高純度致密結晶狀石墨為原料，分別采用固體氧化劑和液體氧化劑兩次氧化，使石墨剝離充分，經過一系列的制備方法，最終得到純度高的多層石墨烯，本發明操作方便，生產設備少，成本低廉，便于推廣應用，適于規模化生產。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明做進一步的說明：

實施例1

(1)粉碎：采用致密結晶狀石墨為原料，將致密結晶狀石墨置于粉碎機中粉碎，過200目篩網，得到石墨粉末；

(2)成型：采用單層平板連續碾壓法將石墨粉末進行加工，首先將石墨粉末裝入給料裝置中，均勻灑落在輸送帶上，使用壓力輥進行碾壓，形成石墨料層，加熱石墨料層，加熱溫度為200℃，加熱時間為8h，最后將初步成型的石墨料層送入控制厚度尺寸的輥筒中，按所需厚度再壓一次，得到厚度為0.8mm的石墨板；

(3)切割：將石墨板用石墨切割機進行切割，切割成長度為1cm的正方形石墨片；

(4)液體氧化：將石墨片、濃硫酸，過氧化氫按重量比1:10:10混合均勻，置于密閉反應容器中，于冰水中反應1h后，常溫下攪拌反應2h，得到第一懸濁液，將第一懸濁液用去離子水洗滌抽濾至中性，置于烘箱中干燥，干燥溫度為40℃，時間為4h，得到干燥的產物；

(5)固體氧化：將干燥的產物、高錳酸鉀、去離子水按重量比1:5:160混合均勻，加入到帶有磁性攪拌子的密閉容器中，置于磁力攪拌器上，升溫至30℃攪拌混合2h，得到第二懸濁液，將第二懸濁液用去離子水洗滌抽濾至中性，置于烘箱中干燥，干燥溫度為40℃，時間為4h，得到氧化石墨；

(6)超聲處理：將氧化石墨置于超聲波清洗機中，進行超聲處理，得到氧化石墨烯；

(7)還原：將氧化石墨烯、亞硫酸氫鈉、去離子水按重量比1:5:100混合均勻，加入到帶有磁性攪拌子的密閉容器中，置于磁力攪拌器上，升溫至40℃攪拌混合5h，得到第三懸濁液；

(8)純化：將第三懸濁液抽濾，抽濾后用乙醇清洗，離心沉降3次，離心機轉速4000r/min，離心時間7min，將沉降物用去離子水洗滌，離心沉降3次，離心機轉速4000r/min，離心時間5min，最后再用乙醇離心沉降3次，，離心機轉速4000r/min，離心時間7min，將沉降物置于烘箱中干燥，干燥溫度為50℃，時間為12h，得到多層石墨烯。

實施例2

(1)粉碎：采用致密結晶狀石墨為原料，將致密結晶狀石墨置于粉碎機中粉碎，過250目篩網，得到石墨粉末；

(2)成型：采用單層平板連續碾壓法將石墨粉末進行加工，首先將石墨粉末裝入給料裝置中，均勻灑落在輸送帶上，使用壓力輥進行碾壓，形成石墨料層，加熱石墨料層，加熱溫度為400℃，加熱時間為5h，最后將初步成型的石墨料層送入控制厚度尺寸的輥筒中，按所需厚度再壓一次得到厚度為0.6mm的石墨板；

(3)切割：將石墨板用石墨切割機進行切割，切割成長度為1cm的正方形石墨片；

(4)液體氧化：將石墨片、濃硫酸，過氧化氫按重量比1:9:9混合均勻置于密閉反應容器中，于冰水中反應4h后，常溫下攪拌反應0.5h，得到第一懸濁液，將第一懸濁液用去離子水洗滌抽濾至中性，置于烘箱中干燥，干燥溫度為60℃，時間為3h，得到干燥的產物；

(5)固體氧化：將干燥的產物、高錳酸鉀、去離子水按重量比1:5:200混合均勻，加入到帶有磁性攪拌子的密閉容器中，置于磁力攪拌器上，升溫至70℃攪拌混合2h，得到第二懸濁液，將第二懸濁液用去離子水洗滌抽濾至中性，置于烘箱中干燥，干燥溫度為40℃，時間為4h，得到氧化石墨；

(6)超聲處理：將氧化石墨置于超聲波清洗機中，進行超聲處理，得到氧化石墨烯；

(7)還原：將將氧化石墨烯、亞硫酸氫鈉、去離子水按重量比1:5:150混合均勻，加入到帶有磁性攪拌子的密閉容器中，置于磁力攪拌器上，升溫至60℃攪拌混合2h，得到第三懸濁液；

(8)純化：將第三懸濁液抽濾，抽濾后用乙醇清洗，離心沉降3次，離心機轉速5000r/min，離心時間5min，將沉降物用去離子水洗滌，離心沉降3次，離心機轉速4000r/min，離心時間8min，最后再用乙醇離心沉降3次，離心機轉速5000r/min，離心時間5min，將沉降物置于烘箱中干燥，干燥溫度為80℃，時間為12h，得到多層石墨烯。

實施例3

(1)粉碎：采用致密結晶狀石墨為原料，將致密結晶狀石墨置于粉碎機中粉碎，過300目篩網，得到石墨粉末；

(2)成型：采用單層平板連續碾壓法將石墨粉末進行加工，首先將石墨粉末裝入給料裝置中，均勻灑落在輸送帶上，使用壓力輥進行碾壓，形成石墨料層，加熱石墨料層，加熱溫度為600℃，加熱時間為4h，最后將初步成型的石墨料層送入控制厚度尺寸的輥筒中，按所需厚度再壓一次，得到厚度為0.7mm的石墨板；

(3)切割：將石墨板用石墨切割機進行切割，切割成長度為1cm的正方形石墨片；

(4)液體氧化：將石墨片、濃硫酸，過氧化氫按重量比1:15:5混合均勻，置于密閉反應容器中，于冰水中反應3h后，常溫下攪拌反應2h，得到第一懸濁液，將第一懸濁液用去離子水洗滌抽濾至中性，置于烘箱中干燥，干燥溫度為60℃，時間為4h，得到干燥的產物；

(5)固體氧化：將干燥的產物、高錳酸鉀、去離子水按重量比1:5:400混合均勻，加入到帶有磁性攪拌子的密閉容器中，置于磁力攪拌器上，升溫至50℃攪拌混合3h，得到第二懸濁液，將第二懸濁液用去離子水洗滌抽濾至中性，置于烘箱中干燥，干燥溫度為60℃，時間為4h，得到氧化石墨；

(6)超聲處理：將氧化石墨置于超聲波清洗機中，進行超聲處理，得到氧化石墨烯；

(7)還原：將將氧化石墨烯、亞硫酸氫鈉、去離子水按重量比1:5:200混合均勻，加入到帶有磁性攪拌子的密閉容器中，置于磁力攪拌器上，升溫至50℃攪拌混合5h，得到第三懸濁液；

(8)純化：將第三懸濁液抽濾，抽濾后用乙醇清洗，離心沉降3次，離心機轉速4000r/min，離心時間6min，將沉降物用去離子水洗滌，離心沉降3次，離心機轉速3000r/min，離心時間7min，最后再用乙醇離心沉降3次，離心機轉速4000r/min，離心時間6min，將沉降物置于烘箱中干燥，干燥溫度為60℃，時間為14h，得到多層石墨烯。

以上所述僅為本發明的較佳實例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。