專利名稱：一種利用微波快速制備還原石墨烯的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于一種石墨烯材料的制備方法，具體地說涉及一種納米還原石墨烯材料 的制備方法。
背景技術：
石墨烯(Graphene)是單原子厚度的二維碳原子晶體，為目前人工制得的最薄 物質(zhì)，它被認為是富勒烯、碳納米管和石墨的基本結構單元(Geim，A. K.等.自然材料6， 183(2007))。石墨烯具有優(yōu)異的導電性，導熱性和力學性能。除此以外，石墨烯的拉伸模 量(LOlTPa)和極限強度(116GPa)，與單壁碳納米管(SWCNT)相當，其質(zhì)量輕，與昂貴的 富勒烯和碳納米管相比，石墨烯具有特殊的電磁特性，例如，高電子遷移率(室溫下oh> 15, OOOcmVS"1) (Geim, Α. K.等·自然材料6，183 (2007))，不會消失的導電率(4e2/h)，反常 的量子霍爾效應，小的自旋軌道交互作用等；石墨烯具有極高的力學性能，并已被證實為目 前世界上強度最大的物質(zhì)(拉伸模量E 1. OlTPa和極限強度σ 130GPa) (Lee, C.等.科 學321，385 (2008)。依托特殊的二維結構、高電/熱導率、開關效應及低噪聲等優(yōu)點，石墨烯 可廣泛應用于單分子探測器、集成電路、場效應晶體管等量子器件?，F(xiàn)有的還原石墨烯制備方法主要是高溫或低溫快速膨脹法，其主要過程是以氧化 石墨為原料，真空狀態(tài)下通過快速升溫使氧化石墨片層相互剝離，得到具有一定比表面積 的還原石墨烯。楊全紅等人(200810151807. X)將裝有氧化石墨的石英管放入200°C以上環(huán) 境中停留數(shù)小時，實現(xiàn)樣品的快速升溫，得到比表面積為200 800m2/g的氧化石墨烯。但 加熱速度仍比較慢，耗能也較多。但至今沒有微波輻射剝離氧化石墨烯的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服已有技術中的缺點和不足，提供一種快速制備還原石墨烯的 方法。本發(fā)明，的制備方法，其特征在于包括以下過程將氧化石墨研磨成粒徑為1 100微米的細粉，在真空度0. OlPa IOPa或氣氛 保護狀態(tài)下，將氧化石墨以100W 2000W進行微波輻射處理，維持時間0. 1 200min，氧 化石墨體積迅速膨脹，得到還原石墨烯。所述的氧化石墨是由Hummers法、Brodie法、Staudenmaier法或電化學氧化法合 成，在合成過程中所用石墨原料為塊狀石墨、土狀石墨(無定形石墨)、鱗片石墨、高結晶性 石墨或人造石墨。所述的氣氛為氮氣或氬氣。本發(fā)明利用微波輻射法加熱制備還原氧化石墨。該還原石墨烯厚度為0. 3 20nm,比表面積為300 1500m2/g。本發(fā)明具有如下優(yōu)點制備過程較簡單，制備溫度低，且易于操作，能量消耗較低， 所制的還原石墨烯比表面積可達到300 1500m2/g，還原石墨烯厚度為0. 3 20nm。該材料有良好的電化學能。其制備過程簡單，應用前景廣泛。


圖1為本發(fā)明實施例1還原石墨烯的高分辨透射電子顯微鏡照片。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細說明實施例1以鱗片石墨為原料，采用Hummers法制備氧化石墨。在冰浴中，將IOg石 墨粉和5g硝酸鈉與230mL的濃硫酸混合均勻，攪拌中緩慢加入30gKMn04。將其轉移至35°C 水浴反應30min。逐步加入460mL去離子水，溫度升至98°C繼續(xù)反應40min，混合物由棕褐 色變成亮黃色。進一步加水稀釋，并用質(zhì)量分數(shù)30 %的H2A溶液處理，中和未反應的高錳 酸，離心過濾并反復洗滌濾餅，然后將其真空干燥，即得到氧化石墨。將制成的氧化石墨研磨成粒徑為1 80微米的細粉，將粉碎后的氧化石墨裝入微 波輻射裝置中，開始抽真空，真空度為10Pa，開始微波輻射加熱。微波功率800W，維持時間 lmin，得到還原石墨烯。利用氮氣吸附測定所得還原石墨烯的比表面積，吸附溫度為液氮溫 度(77K)，測得的比表面積為450m2/g。該還原石墨烯片厚度為0. 3 15nm實施例2以高結晶性石墨為原料，采用Hummers法制備氧化石墨。在冰浴中，將Ig 石墨粉和0.5g硝酸鈉與23mL的濃硫酸混合均勻，攪拌中緩慢加入3g ΚΜη04。將其轉移至 35°C水浴反應30min。逐步加入46mL去離子水，溫度升至98°C繼續(xù)反應40min，混合物由棕 褐色變成亮黃色。進一步加水稀釋，并用質(zhì)量分數(shù)30%的H2O2溶液處理，中和未反應的高 錳酸，離心過濾并反復洗滌濾餅，然后將其真空干燥，即得到氧化石墨。將制成的氧化石墨研磨成粒徑為1 60微米的細粉，將粉碎后的氧化石墨裝入微 波輻射裝置中，氮氣氣氛狀態(tài)下，開始微波輻射加熱。電功率300W，維持時間2min，得到還 原石墨烯。利用氮氣吸附測定所得還原石墨烯的比表面積，吸附溫度為液氮溫度(77K)，測 得的比表面積為380m2/g。該還原石墨烯片厚度為0. 3 ISnm實施例3以鱗片石墨為原料為原料，采用Hummers法制備氧化石墨。在冰浴中，將 20g石墨粉和IOg硝酸鈉與460mL的濃硫酸混合均勻，攪拌中緩慢加入60g ΚΜη04。將其轉 移至35°C水浴反應30min。逐步加入920mL去離子水，溫度升至98°C繼續(xù)反應40min，混合 物由棕褐色變成亮黃色。進一步加水稀釋，并用質(zhì)量分數(shù)30%的H2A溶液處理，中和未反 應的高錳酸，離心過濾并反復洗滌濾餅，然后將其真空干燥，即得到氧化石墨。將制成的氧化石墨研磨成粒徑為20 60微米的細粉，將粉碎后的氧化石墨裝 入微波輻射裝置中，在二氧化碳氣氛狀態(tài)下，開始微波輻射加熱。電功率2000W，維持時間 lOmin，得到還原石墨烯。利用氮氣吸附測定所得還原石墨烯的比表面積，吸附溫度為液氮 溫度(77K)，測得的比表面積為545m2/g，該還原石墨烯片厚度為0. 3 15nm實施例4以塊狀石墨為原料，采用Hummers法制備氧化石墨。在冰浴中，將5g石 墨粉和2. 5g硝酸鈉與125mL的濃硫酸混合均勻，攪拌中緩慢加入15gKMn04。將其轉移至 35°C水浴反應30min。逐步加入230mL去離子水，溫度升至98°C繼續(xù)反應40min，混合物由 棕褐色變成亮黃色。進一步加水稀釋，并用質(zhì)量分數(shù)30%的H2A溶液處理，中和未反應的 高錳酸，離心過濾并反復洗滌濾餅真空干燥即得到氧化石墨。
將制成的氧化石墨研磨成粒徑為50 80微米的細粉，將粉碎后的氧化石墨裝入 微波輻射裝置中，開始抽真空，真空度為5Pa，開始微波輻射加熱。微波功率1300W，維持時 間5min，得到還原石墨烯。利用氮氣吸附測定所得還原石墨烯的比表面積，吸附溫度為液氮 溫度(77K)，測得的比表面積為985m2/g。該還原石墨烯片厚度為0. 3 IOnm實施例5以土狀石墨為原料，采用Hummers法制備氧化石墨。在冰浴中，將IOg石 墨粉和5g硝酸鈉與230mL的濃硫酸混合均勻，攪拌中緩慢加入30gKMn04。將其轉移至35°C 水浴反應30min。逐步加入460mL去離子水，溫度升至98°C繼續(xù)反應40min，混合物由棕褐 色變成亮黃色。進一步加水稀釋，并用質(zhì)量分數(shù)30 %的H2A溶液處理，中和未反應的高錳 酸，離心過濾并反復洗滌濾餅，然后將其真空干燥，即得到氧化石墨。將制成的氧化石墨研磨成粒徑為60 100微米的細粉，將粉碎后的氧化石墨裝入 微波輻射裝置中，開始抽真空，真空度為3Pa，開始微波輻射加熱。電功率1500W，維持時間 20min，得到還原石墨烯。利用氮氣吸附測定所得還原石墨烯的比表面積，吸附溫度為液氮 溫度(77K)，測得的比表面積為1125m2/g。該還原石墨烯片厚度為0. 3 0. Snm實施例6以土狀石墨為原料，采用Maudenmaier法制備氧化石墨。將制成的氧化 石墨研磨成粒徑為1 30微米的細粉，將粉碎后的氧化石墨裝入微波輻射裝置中，開始抽 真空，真空度為lPa，開始微波輻射加熱。電功率1400W，維持時間60min，得到還原石墨烯。 利用氮氣吸附測定所得還原石墨烯的比表面積，吸附溫度為液氮溫度(77K)，測得的比表面 積為1200m2/g。該還原石墨烯片厚度為0. 3 0. 7nm實施例7以土狀石墨為原料，采用Brodie法制備氧化石墨。將制成的氧化石墨研 磨成粒徑為1 50微米的細粉，將粉碎后的氧化石墨裝入微波輻射裝置中，開始抽真空，真 空度為0. lPa，開始微波輻射加熱。電功率1800W，維持時間60min，得到還原石墨烯。利用 氮氣吸附測定所得還原石墨烯的比表面積，吸附溫度為液氮溫度(77K)，測得的比表面積為 1200m2/g。該還原石墨烯片厚度為0. 3 0. 7nm。
權利要求
1.一種利用微波快速制備還原石墨烯的方法，其特征在于包括如下步驟將氧化石墨研磨成粒徑為1 100微米的細粉，在真空度0. OlPa IOPa或氣氛保護 狀態(tài)下，將氧化石墨以100W 2000W進行微波輻射處理，維持時間0. 1 200min，氧化石墨 體積迅速膨脹，得到還原石墨烯。
2.如權利要求1所述的一種利用微波快速制備還原石墨烯的方法，其特征在于所述的 氧化石墨是由Hummers法、Brodie法、Staudenmaier法或電化學氧化法合成。
3.如權利要求2所述的一種利用微波快速制備還原石墨烯的方法，其特征在于所述的 在Hummers法、Brodie法、Staudenmaier法或電化學氧化法合成過程中所用石墨原料為塊 狀石墨、土狀石墨、鱗片石墨、高結晶性石墨或人造石墨。
4.如權利要求1所述的一種利用微波快速制備還原石墨烯的方法，其特征在于所述的 氣氛為氮氣或氬氣。
5.如權利要求1所述的一種利用微波快速制備還原石墨烯的方法，其特征在于所述的 還原石墨烯的厚度為0. 3 20nm，比表面積為300 1500m2/g。
全文摘要
一種利用微波快速制備還原石墨烯的方法是將氧化石墨研磨成粒徑為1～100微米的細粉，在真空度0.01Pa～10Pa或氣氛保護狀態(tài)下，將氧化石墨以100W～2000W進行微波輻射處理，維持時間0.1～200min，氧化石墨體積迅速膨脹，得到還原石墨烯。本發(fā)明具有制備過程較簡單，制備溫度低，且易于操作的優(yōu)點。
文檔編號C01B31/04GK102107870SQ20111007276
公開日2011年6月29日 申請日期2011年3月23日 優(yōu)先權日2011年3月23日
發(fā)明者劉燕珍, 李永鋒, 楊永崗, 溫月芳, 王茂章 申請人:中國科學院山西煤炭化學研究所