專利名稱：一種制備石墨烯的方法
技術領域：
本發明涉及納米材料制備技術領域，具體涉及了一種制備石墨烯的方法。
背景技術：
石墨烯是已知材料中最薄的ー種，具有非同尋常的導電性、超出鋼鐵數十倍的強度和極好的透光性，它的出現有望在現代電子科技等領域引發ー輪革命。目前制備石墨烯的方法很多，包括機械分離法，取向附生法，化學氣相沉積法(CVD)，化學氧化還原法等。化學氧化還原法是將天然鱗片石墨在水溶液中氧化剝離，然后加入還原劑脫去氧化石墨烯的氧化官能團從而得到石墨烯。相比其它幾種方法，化學氧化還原法具有エ藝簡単，成本低廉，可以大批量制備等優點。通過Hu_er，Brodie，Staudenmaier等方法可以大規模制備氧化石墨烯。在本發明之前，以前的工作主要是用水合胼及其衍生物做為還原劑去還原氧化石墨烯，但是水合胼及其衍生物具有很強的毒性和揮發性，不能用于大規模的使用，而且還原后的石墨烯會摻雜很多氮原子，影響石墨烯的物理和化學性質。最近兩年也有文獻報道用硼氫化鈉 (NaBH4)，抗壞血酸(VC)等作為還原劑還原氧化石墨烯，但這些反應都需要加熱，反應較為劇烈，容易増加石墨烯的缺陷。

發明內容
為了克服現有技術存在的不足，本發明提供了ー種在室溫下利用化學還原法通過還原氧化石墨烯大量制備石墨烯的方法。為達到上述發明目的，本發明所采用的技術方案是向氧化石墨烯水溶液中加入金屬鹽溶液，混合均勻后加入NaBH4,利用還原出來的金屬顆粒催化NaBH4水解釋放出具有高還原性的氫原子，然后用游離的氫原子還原氧化石墨烯，最后用稀鹽酸洗滌脫去還原出來的金屬顆粒從而得到石墨烯。具體包括以下步驟
步驟ー將氧化石墨烯分別用稀鹽酸和去離子水洗滌提純多次，得到純凈的氧化石墨烯水溶液，并超聲分散一段時間；
步驟ニ 加入金屬鹽溶液到氧化石墨烯水溶液中，攪拌混合均勻； 步驟三加入NaBH4，攪拌均勻，至反應完成，得到混合溶液；
步驟四將混合溶液離心一段時間，用稀鹽酸洗滌重復多次，再用去離子水洗滌重復多次，60°C真空干燥，得到石墨烯粉末。優選的
步驟一中，所述氧化石墨烯由Hummer法制得，氧化石墨烯的質量濃度為0. 05 Img/
ml ο步驟ニ中，所述金屬鹽溶液的摩爾濃度為10_5 mol/廣10_3 mol/L。所述的金屬鹽包括可以溶解于水的含銅、鐵、鎳、鈷的鹽類，例如氯化銅、氯化鐵、氯化鎳、氯化鈷，硝酸銅、硝酸鐵、硝酸鎳、硝酸鈷及硫酸銅、硫酸鐵、硫酸鎳、硫酸鈷等。步驟四中，是以10000轉/分鐘的速度將混合溶液離心15分鐘，用體積濃度為 1%-10%的稀鹽酸洗滌重復多次，再用去離子水洗滌重復多次，真空干燥得到石墨烯粉末。本發明針對目前化學還原法制備石墨烯需要用水合胼等毒性還原劑及反應須在加熱條件下進行等缺點，采用NaBH4作為還原劑在室溫條件下還原氧化石墨烯，其優點是
(1)避免使用了水合胼及其衍生物等具有強毒性和揮發性的化合物作為還原劑，具有環保和安全等特點；
(2)本制備方法可以在室溫下進行，適用的環境溫度范圍為0°C 100°C，反應條件溫和，減少了缺陷的產生；
(3)催化NaBH4水解釋放出氫原子來還原氧化石墨烯，避免引入其它雜質原子，提高了石墨烯的純度。


圖1是利用本發明的制備方法還原氧化石墨烯的反應示意圖。
具體實施例方式實施例1
(1)水洗、提純氧化石墨烯
將IOmg氧化石墨烯溶解到IOml水中，超聲分散溶解后，在20000轉/分鐘分別用體積濃度為3%的HCl和去離子水離心洗滌3次，加入去離子水，制得均勻的lmg/ml氧化石墨烯水溶液；
(2)加入CuCl2溶液
將IOOul的ImM CuCl2溶液加入到氧化石墨烯水溶液中，攪拌混合均勻。(3)還原氧化石墨烯
加入20mgNaBH4，攪拌混合均勻，反應6小時。(4)洗滌提純石墨烯
在10000轉/分鐘分別用體積濃度為3%的HCl和去離子水離心洗滌6次，60°C真空干燥，得到石墨烯粉末。實施例2 (1)水洗、提純
將IOmg氧化石墨烯溶解到IOml水中，超聲分散溶解后，在20000轉/分鐘分別用體積濃度為3%HC1和去離子水離心洗滌3次，加入去離子水，制得均勻的lmg/ml氧化石墨烯水溶液；
(2)加入Fe (NO3) 3溶液 將IOOul的0. ImM Fe (NO3) 3溶液加入到氧化石墨烯水溶液中，攪拌混合均勻。(3)還原氧化石墨烯
加入20mgNaBH4，攪拌混合均勻，反應6小時。(4)洗滌提純石墨烯
在10000轉/分鐘分別用體積濃度為m的HCl和去離子水離心洗滌6次，60°C真空干燥，得到石墨烯粉末。實施例3:
(1)水洗、提純
將Img氧化石墨烯溶解到IOml水中，超聲分散溶解后，在20000轉/分鐘分別用體積濃度為3%HC1和去離子水離心洗滌3次，加入去離子水，制得均勻的0. lmg/ml氧化石墨烯水溶液；
(2)加入CoSO4溶液
將IOOul的0. ImM CoSO4溶液加入到氧化石墨烯水溶液中，攪拌混合均勻。(3)還原氧化石墨烯
加入^igNaBH4,攪拌混合均勻，反應6小吋。(4)洗滌提純石墨烯
在10000轉/分鐘分別用體積濃度為3%的HCl和水離心洗滌6次，60°C真空干燥，得到石墨烯粉末。以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種制備石墨烯的方法，包括步驟ー將氧化石墨烯分別用稀鹽酸和去離子水洗滌提純多次，得到純凈的氧化石墨烯水溶液，并超聲分散一段時間；其特征在于，還包括下述步驟步驟ニ 加入金屬鹽溶液到氧化石墨烯水溶液中，攪拌混合均勻； 步驟三加入NaBH4，攪拌均勻，至反應完成，得到混合溶液；步驟四將混合溶液離心一段時間，用稀鹽酸洗滌重復多次，再用去離子水洗滌重復多次，60°C真空干燥，得到石墨烯粉末。
2.根據權利要求1所述的制備石墨烯的方法，其特征在干，步驟一中，所述氧化石墨烯由Hummer法制得，氧化石墨烯的質量濃度為0. 05 lmg/ml。
3.根據權利要求1所述的制備石墨烯的方法，其特征在干，步驟ニ中，所述金屬鹽溶液的摩爾濃度為IO-5 mo 1/L-IO"3 mol/L。
4.根據權利要求1或3所述的制備石墨烯的方法，其特征在干，步驟ニ中，所述金屬鹽包括可以溶解于水的含銅、鐵、鎳或鈷類的硝酸鹽、硫酸鹽或氯化物。
5.根據權利要求1所述的制備石墨烯的方法，其特征在干，步驟四中，是以10000轉/ 分鐘的速度將混合溶液離心15分鐘，用稀鹽酸洗滌重復6次，再用水洗滌重復6次，真空干燥得到石墨烯粉末。
6.根據權利要求1或5所述的制備石墨烯的方法，其特征在干，步驟四中，所述稀鹽酸的體積濃度為1%-10%。
全文摘要
本發明提供了一種在室溫下利用化學還原法通過還原氧化石墨烯大量制備石墨烯的方法。首先將金屬鹽溶液加入到氧化石墨烯水溶液中，然后加入NaBH4，在室溫下利用還原出來的金屬顆粒催化NaBH4水解釋放出大量具有高還原性的氫原子，由氫原子還原氧化石墨烯，最后通過酸洗滌脫去金屬顆粒從而得到石墨烯。本發明方法避免了使用水合肼及其衍生物等具有強毒性和揮發性的化合物作為還原劑來制備石墨烯，具有環保和安全等特點，同時該方法可以在室溫條件下進行，反應條件溫和，減少了還原過程中石墨烯缺陷的產生。
文檔編號B82Y40/00GK102530934SQ201210004009
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月9日 優先權日2012年1月9日
發明者卓其奇, 孫旭輝 申請人:蘇州大學