專利名稱：常溫下水溶性石墨烯綠色制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石墨烯的制備方法。
背景技術(shù)：
自2004年英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的Andre Geim教授與Kostya Novoselov首次米用膠帶剝離得到石墨烯(Graphene，GN)以來，石墨烯的研究就受到廣大科學(xué)研究者的廣泛關(guān)注。2010年英國(guó)兩位化學(xué)家因此獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)，石墨烯成為繼富勒烯與碳納米管之后的又一個(gè)重大的發(fā)現(xiàn)(Science, 2004, 306,666-669)。石墨烯是一種ニ維的由六兀環(huán)堆積而成的碳材料。每個(gè)碳原子均為sp2雜化，P軌道剩余的一個(gè)電子形成大的共軛體系及大的π軌道，并且電子可以在π軌道自由移動(dòng)(Angew. Chem.，Int. Ed.，2009，48，7752-7777)。石墨烯具有良好的導(dǎo)電性、機(jī)械強(qiáng)度、催化性能、光學(xué)性能、吸附性能，另外石墨烯有良好的導(dǎo) 熱性能和很高的透明度，目前石墨烯是是已知材料中最輕，強(qiáng)度最大的材料(C. Lee,X. Wei,J. ff. Kysar and J. Hone,Science, 2008,321,385-388 ；Y.Zhang,Y.-ff. Tan,H. L. Stormer andP. Kim, Nature，2005，438，201-204)。由于這些物理性能，石墨烯被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，如傳感器、醫(yī)藥工程、催化、能源(0. C. Compton and S. T. Nguyen, Small, 2010,6, 711-723.
S.Park and R. S. Ruoff, Nat. Nanotechnol.，2009,4, 217-224)。現(xiàn)在石墨烯的合成方法主要采用物理方法和化學(xué)方法。物理方法采用對(duì)原料石墨粉(Graphite)進(jìn)行微機(jī)械剝離法(Micromechenicalcleavage method)制備石墨烯,最早是石墨烯的發(fā)現(xiàn)者英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的Geim教授課題組。他們用膠帶反復(fù)剝離石墨，最后成功的制得石墨烯單片結(jié)構(gòu)。微機(jī)械剝離法雖然操作簡(jiǎn)單，成本較低，但是重復(fù)性差，產(chǎn)量低，難以大規(guī)模生產(chǎn)?；瘜W(xué)方法制備主要是對(duì)石墨粉進(jìn)行氧化制備出中間產(chǎn)物氧化石墨稀(grapheneOxide，G0)，利用插層法或者剝離法得到氧化石墨烯。石墨被氧化之后在石墨層間引入大量 的氧基官能團(tuán)，如C = 0、C-0H和C00H等官能團(tuán)。這些氧原子的引入使得石墨層間的π鍵發(fā)生斷裂，可以通過化學(xué)還原將氧化石墨烯還原，從而獲得石墨烯。常用的還原方法有I. RuoffRS等人利用水合肼在80 100°C加熱的條件下還原氧化石墨烯制備出了石墨烯。這種方法石墨烯之間很容易發(fā)生團(tuán)聚和堆砌，給石墨烯的應(yīng)用帶來了很大障礙。之后這個(gè)課題組又對(duì)此方法進(jìn)行改迸，即在還原的過程中添加特定高聚物聚苯こ烯磺酸鈉，使其吸附到還原后的石墨烯表面，從而阻礙了還原后石墨烯片之間的團(tuán)聚，獲得在水溶液中穩(wěn)定分散的石墨烯懸浮液。這種方法缺點(diǎn)反應(yīng)溫度高、原料水合肼有毒易爆炸、反應(yīng)復(fù)雜產(chǎn)物量少，不能規(guī)?；a(chǎn)，所制備的石墨烯不易分散，而且此方法適合應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，就是改進(jìn)的方法除能夠分散在水中外，仍然存在上述缺點(diǎn)。2. Zhang FB等人在強(qiáng)堿NaOH或KOH的水溶液中，通過加熱也能還原氧化石墨烯獲
得穩(wěn)定石墨烯懸浮液，但此方法缺點(diǎn)是反應(yīng)需要在較高溫度下進(jìn)行。
3. Ra. iamathi,M.等利用醇熱法也可以還原制備石墨烯,此方法的缺點(diǎn)是,反應(yīng)需要在高溫、高壓的情況下進(jìn)行，而且反應(yīng)不徹底。4.此外還有ー些生物大分子用于還原氧化石墨稀，如氨基酸、葡萄糖、檸檬酸鈉、血清蛋白，盡管這些還原方法友好無毒，但其還原程度相比水合肼還差，還原不徹底。5.最近Huang C Z (RSC Adv.，2012，2，2322-2328)等人研究用肝磷脂還氧化石墨， 此方法合成的石墨烯能夠穩(wěn)定分散，但反應(yīng)需要在加熱的條件下進(jìn)行，且還原不徹底。合成石墨烯主要技術(shù)難點(diǎn)為低成本、環(huán)保無污染、大規(guī)模生產(chǎn)、穩(wěn)定的分散性和水溶性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決現(xiàn)有的制備石墨烯的方法存在反應(yīng)溫度高、反應(yīng)過程中有毒、危害環(huán)境、不能大規(guī)模生產(chǎn)以及現(xiàn)有石墨烯分散性和水溶性較差的問題，而提供ー種常溫下水溶性石墨烯綠色制備方法。本發(fā)明常溫下水溶性石墨烯綠色制備方法按以下步驟進(jìn)行一、稱取石墨粉、濃硫酸、硝酸鈉、高錳酸鉀、去離子水；其中石墨粉與濃硫酸的比例是Ig (20 80mL);石墨粉與硝酸鈉的比例是Ig (O. 5 2. Og);石墨粉與高錳酸鉀的比例是Ig (3 IOg);石墨粉與去離子水的比例是Ig (100 200mL);濃硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98% ；ニ、將干燥的燒杯置于冰浴中，向燒杯中加入步驟一中稱取的石墨粉、濃硫酸和硝酸鈉，攪拌混合均勻后，加入高錳酸鉀，控制反應(yīng)溫度不超過10°c，持續(xù)磁力攪拌2 3h，完成石墨的剝離；三、將步驟ニ的燒杯轉(zhuǎn)移至溫度為30 50°C的水浴中，繼續(xù)磁力攪拌，逐步加入部分步驟一中稱取的去離子水，加入的體積為步驟一中稱取的去離子水總體積的(1/6 1/2)，控制反應(yīng)溫度為30 50°C，水浴反應(yīng)30 60min，然后逐步加入余下的步驟一中稱取的去離子水，控制反應(yīng)溫度不超過98°C，水浴反應(yīng)30 120min，得到棕褐色混合物，然后向燒杯中加入雙氧水，至混合物的顏色由棕褐色變成亮黃色；四、用鹽酸水溶液洗滌步驟三得到的亮黃色混合物，傾倒掉上層清液后，再用20 30°C去離子水過濾洗滌，所得沉淀在溫度為40 60°C的真空干燥箱中烘干，得到氧化石墨烯；五、將步驟四所得的氧化石墨烯加入到pH值為9 12的氫氧化鈉溶液中，在真空條件下超聲30 90min,然后以150 250r/min的轉(zhuǎn)速磁力攪拌24 60h,用無水こ醇洗滌3 5次，所得沉淀在溫度為40 60°C的真空干燥箱中干燥24 48h，得到水溶性石墨烯；其中氧化石墨烯與氫氧化鈉溶液的比例是IOOmg (100 250mL)。本發(fā)明的有益效果是I、石墨烯常溫還原制備，在合成氧化石墨烯后，還原石墨烯的整個(gè)過程沒有加熱，在室溫下進(jìn)行，無污染綠色環(huán)保，降低生產(chǎn)成本，并且可以大規(guī)模生產(chǎn)，形成產(chǎn)業(yè)鏈，為各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用提供保障；2、石墨烯還原后直接帶有官能基團(tuán)，并且具有良好的水溶性；3、本發(fā)明石墨烯具有可靠的穩(wěn)定性和吸附性，所制備的石墨烯在pH為7 12的水溶液中的Zeta電位為40 60mV,石墨稀的溶解度為I. 5 2. Omg/ml,可穩(wěn)定的分散在水中4 6個(gè)月不出現(xiàn)沉淀。根據(jù)文獻(xiàn)(nature nanotechnology, 2008, 3,101-105 ；Nano Lett. ,2008,8(6) 1679-1682)和美國(guó) ASTM(American Society for Testing andMaterials) D4187-82標(biāo)準(zhǔn)，Zeta電位大于±40mV的水溶液體系具有“好的穩(wěn)定性”，本發(fā)明所制備的石墨烯水溶液具有穩(wěn)定的分散性。本發(fā)明所制備的石墨烯可用于生物醫(yī)藥、能源和電子等領(lǐng)域，為今后解決人類疾病治療和診斷，以及當(dāng)前能源急缺，現(xiàn)代電子科技發(fā)展提供充足的原料。


圖I是實(shí)施例一所制備的石墨烯的掃描電鏡照片；圖2是實(shí)施例一所制備的石墨烯的透射電鏡照片；圖3是石墨的XRD譜圖；圖4是實(shí)施例一所制備的石墨烯和實(shí)施例一步驟四所得的氧化石墨烯的XRD譜圖；其中標(biāo)記有G (001)峰位的譜圖是氧化石墨烯的XRD譜圖；標(biāo)記有G (002)峰位的譜圖是石墨烯的XRD譜圖；圖5是實(shí)施例一步驟四所得的氧化石墨烯的紅外光譜圖；圖6是實(shí)施例一所制備的石墨烯的紅外光譜圖；圖7是實(shí)施例一所制備的石墨烯的吸附5-氟嘧啶的濃度與負(fù)載量關(guān)系圖；圖8是實(shí)施例一所制備的石墨烯的吸附阿司匹林的濃度與負(fù)載量關(guān)系圖；圖9是是實(shí)施例一所制備的石墨烯分散在pH為10的水溶液中的照片。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉的具體實(shí)施方式
，還包括各具體實(shí)施方式
之間的任意組合。
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式常溫下水溶性石墨烯綠色制備方法按以下步驟進(jìn)行一、稱取石墨粉、濃硫酸、硝酸鈉、高錳酸鉀、去離子水；其中石墨粉與濃硫酸的比例是Ig (20 80mL);石墨粉與硝酸鈉的比例是Ig (0. 5 2. Og);石墨粉與高錳酸鉀的比例是Ig (3 IOg);石墨粉與去離子水的比例是Ig (100 200mL);濃硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98% ；ニ、將干燥的燒杯置于冰浴中，向燒杯中加入步驟一中稱取的石墨粉、濃硫酸和硝酸鈉，攪拌混合均勻后，加入高錳酸鉀，控制反應(yīng)溫度不超過10°c，持續(xù)磁力攪拌2 3h，完成石墨的剝離；三、將步驟ニ的燒杯轉(zhuǎn)移至溫度為30 50°C的水浴中，繼續(xù)磁力攪拌，逐步加入部分步驟一中稱取的去離子水，加入的體積為步驟一中稱取的去離子水總體積的(1/6 1/2)，控制反應(yīng)溫度為30 50°C，水浴反應(yīng)30 60min，然后逐步加入余下的步驟一中稱取的去離子水，控制反應(yīng)溫度不超過98°C，水浴反應(yīng)30 120min，得到棕褐色混合物，然后向燒杯中加入雙氧水，至混合物的顏色由棕褐色變成亮黃色；四、用鹽酸水溶液洗滌步驟三得到的亮黃色混合物，傾倒掉上層清液后，再用20 30°C去離子水過濾洗滌，所得沉淀在溫度為40 60°C的真空干燥箱中烘干，得到氧化石墨烯；五、將步驟四所得的氧化石墨烯加入到pH值為9 12的氫氧化鈉溶液中，在真空條件下超聲30 90min,然后以150 250r/min的轉(zhuǎn)速磁力攪拌24 60h,用無水こ醇洗滌3 5次，所得沉淀在溫度為40 60°C的真空干燥箱中干燥24 48h，得到水溶性石墨烯；其中氧化石墨烯與氫氧化鈉溶液的比例是IOOmg (100 250mL)。本實(shí)施方式的有益效果是I、石墨烯常溫還原制備，在合成氧化石墨烯后，還原石墨烯的整個(gè)過程沒有加熱，在室溫下進(jìn)行，無污染綠色環(huán)保，降低生產(chǎn)成本，并且可以大規(guī)模生產(chǎn)，形成產(chǎn)業(yè)鏈，為各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用提供保障；2、石墨烯還原后直接帶有官能基團(tuán)，并且具有良好的水溶性； 3、本實(shí)施方式所制備的石墨烯具有可靠的穩(wěn)定性和吸附性，所制備的石墨烯在pH為7 12的水溶液中的Zeta電位為40 60mV，石墨稀的溶解度為I. 5 2. Omg/ml，可穩(wěn)定的分散在水中4 6個(gè)月不出現(xiàn)沉淀，本實(shí)施方式所制備的石墨烯水溶液具有穩(wěn)定的分散性。
具體實(shí)施方式
ニ 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中石墨粉與濃硫酸的比例是Ig (40 70mL);石墨粉與硝酸鈉的比例是Ig (I. O I. 5g);石墨粉與高錳酸鉀的比例是Ig (5 8g);石墨粉與去離子水的比例是Ig (120 180mL)。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或ニ不同的是步驟ニ中的反應(yīng)溫度為5 8°C。其它與具體實(shí)施方式
一或二相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至三之一不同的是步驟ニ中磁力攪拌的速度是100 200r/min。其它與具體實(shí)施方式
一至三之一相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至四之一不同的是步驟三中逐步加入部分步驟一中稱取的去離子水，加入的體積為步驟一中稱取的去離子水總體積的(1/4 1/3)，控制反應(yīng)溫度為35 45°C，水浴反應(yīng)35 50min，然后逐步加入余下的步驟一中稱取的去離子水，控制反應(yīng)溫度為80 95°C，水浴反應(yīng)60 90min。其它與具體實(shí)施方式
一至四之一相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至五之一不同的是步驟三中磁力攪拌的速度是100 200r/min。其它與具體實(shí)施方式
一至五之一相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至六之一不同的是步驟三中所述雙氧水的體積分?jǐn)?shù)是30%。其它與具體實(shí)施方式
一至六之一相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至七之一不同的是步驟四中鹽酸水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3% 8%。其它與具體實(shí)施方式
一至七之一相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至八之一不同的是步驟五中超聲的功率是100 400W。其它與具體實(shí)施方式
一至八之一相同。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至九之一不同的是步驟五中氧化石墨烯與氫氧化鈉溶液的比例是IOOmg (120 200mL)。其它與具體實(shí)施方式
一至九之一相同。
采用以下實(shí)施例驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果實(shí)施例一本實(shí)施例常溫下水溶性石墨烯綠色制備方法按以下步驟進(jìn)行一、稱取Ig石墨粉、50mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸、O. 7g硝酸鈉、5g高錳酸鉀、IOOmL去離子水；ニ、將干燥的燒杯置于冰浴中，向燒杯中加入步驟一中稱取的石墨粉、濃硫酸和硝酸鈉，攪拌混合均勻后，加入高錳酸鉀，控制反應(yīng)溫度不超過8°C，以100/min的速度磁力攪拌2h，完成石墨的剝離；三、將步驟ニ的燒杯轉(zhuǎn)移至溫度為35°C的水浴中，以120r/min的速 度磁力攪拌，逐步加入30mL步驟一中稱取的去離子水，控制反應(yīng)溫度為35 50°C，水浴反應(yīng)30 60min,然后逐步加入余下的70mL步驟一中稱取的去離子水，控制反應(yīng)溫度不超過98°C，水浴反應(yīng)30 120min，得到棕褐色混合物，然后向燒杯中加入雙氧水，至混合物的顏色由棕褐色變成亮黃色；四、用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的鹽酸水溶液洗滌步驟三得到的亮黃色混合物，傾倒掉上層清液后，再用40°C去離子水過濾洗滌，所得沉淀在溫度為50°C的真空干燥箱中烘干，得到氧化石墨烯。五、將步驟四所得的氧化石墨烯加入到pH值為10的氫氧化鈉溶液中，在真空條件下超聲60min,然后以200r/min的轉(zhuǎn)速磁力攪拌36h,用無水こ醇洗漆3次,所得沉淀在溫度為50°C的真空干燥箱中干燥24h，得到水溶性石墨烯；其中氧化石墨烯與氫氧化鈉溶液的比例是IOOmg 150mL。本實(shí)施例的步驟ニ中，要反應(yīng)充分氧化徹底，使硫酸分子充分插層到石墨中間，實(shí)現(xiàn)石墨剝離；步驟三中，雙氧水的作用是中和未反應(yīng)的高錳酸和ニ氧化錳，本實(shí)施例制備氧化石墨烯的優(yōu)點(diǎn)是減少了預(yù)氧化過程，周期較短。對(duì)本實(shí)施例所得的溶溶性石墨烯進(jìn)行性能測(cè)試，結(jié)果如下圖I是本實(shí)施例所制備的石墨烯的掃描電鏡照片；從圖中清晰可見石墨烯為多層，邊緣卷曲。圖2是本實(shí)施例所制備的石墨烯的透射電鏡照片；從圖中清晰可見石墨烯是多層的、透明的并有褶皺。圖3是石墨的XRD譜圖；在衍射峰為26. 5°處出現(xiàn)了明顯的石墨(002)衍射峰，層間距約為O. 34nm。圖4是本實(shí)施例所制備的石墨烯(GN)和本實(shí)施例步驟四所得的氧化石墨烯(GO)的XRD譜圖；其中標(biāo)記有G(OOl)峰位的譜圖是氧化石墨烯的XRD譜圖；標(biāo)記有G(002)峰位的譜圖是石墨烯的XRD譜圖；石墨氧化后，石墨的特征峰26. 5° (002)消失，出現(xiàn)了10. 62° (001)峰，樣品層間距增至O. 885nm，這說明石墨氧化完全，形成了氧化石墨烯。氧化石墨烯經(jīng)過NaOH的還原，10. 62° (001)峰完全消失，出現(xiàn)了 26. 5° (002)饅頭峰的形狀，碳層間距縮小，說明氧化石墨烯被還原，少量石墨層又重新堆積成石墨結(jié)構(gòu)，結(jié)果石墨烯樣品衍射峰強(qiáng)度較弱，結(jié)晶度也明顯下降。圖5是實(shí)施例一步驟四石墨經(jīng)過濃硫酸、硝酸鈉以及高錳酸鉀氧化后形成GO的紅外譜圖；從圖中可以看出，經(jīng)過氧化之后，石墨結(jié)構(gòu)中官能團(tuán)的數(shù)量與強(qiáng)度明顯提高。具體分析為3420cm—1為O-H振動(dòng)吸收峰，1728cm^處出現(xiàn)羧酸-COOH官能團(tuán)的-C = O的吸收峰，這說明氧化處理可以引入羧基對(duì)石墨結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾。1621CHT1為C-C骨架振動(dòng)峰，表明經(jīng)氧化處理之后石墨結(jié)構(gòu)并未遭到破壞，仍然具有石墨的典型結(jié)構(gòu)。1218為C-OH振動(dòng)吸收峰，1028cm-l是C-O的振動(dòng)吸收峰。圖6是實(shí)施例一所制備的石墨烯的紅外光譜圖，從圖中可以看出，氫氧化鈉還原與水合肼還原不同，并沒有破壞原有氧化石墨烯上的官能團(tuán)，只是官能團(tuán)發(fā)生了偏移，但仍然有羧基和羥基的表面官能團(tuán)，所以石墨烯同樣能夠穩(wěn)定的分散在水中。分別對(duì)抗癌藥物5-氟嘧啶和阿司匹林兩種藥物進(jìn)行負(fù)載試驗(yàn)，通過吸附藥物試驗(yàn)得到相應(yīng)的吸附結(jié)果如圖7和圖8所示。圖7是實(shí)施例一所制備的石墨烯的吸附5-氟 嘧啶的濃度與負(fù)載量關(guān)系圖，圖8是實(shí)施例一所制備的石墨烯的吸附阿司匹林的濃度與負(fù)載量關(guān)系圖，結(jié)果表明，負(fù)載抗癌藥物5-氟嘧啶的負(fù)載飽和為O. 28mg/mg(即每克石墨烯負(fù)載O. 28克5-氟嘧啶)，負(fù)載阿司匹林的負(fù)載量為3. 34mg/mg(即每克石墨烯負(fù)載3. 34克阿司匹林)。圖9是實(shí)施例一所制備的石墨烯分散在pH為10的水溶液中的照片，本實(shí)施例所制備的石墨烯具有可靠的穩(wěn)定性和吸附性，所制備的石墨烯在PH為10的水溶液中的Zeta電位為50mV,石墨稀的溶解度為2. Omg/ml,可穩(wěn)定的分散在水中4 6個(gè)月不出現(xiàn)沉淀。根據(jù)文獻(xiàn)(nature nanotechnology, 2008, 3,101-105 ；Nano Lett. , 2008,8 (6) 1679—1682)和美國(guó) ASTM(American Society for Testing and Materials)D4187-82 標(biāo)準(zhǔn),Zeta 電位大于±40mV的水溶液體系具有“好的穩(wěn)定性”，本發(fā)明所制備的石墨烯水溶液具有穩(wěn)定的分散性。
權(quán)利要求
1.常溫下水溶性石墨烯綠色制備方法，其特征在于常溫下水溶性石墨烯綠色制備方法按以下步驟進(jìn)行 一、稱取石墨粉、濃硫酸、硝酸鈉、高錳酸鉀、去離子水；其中石墨粉與濃硫酸的比例是Ig (20 80mL);石墨粉與硝酸鈉的比例是Ig (O. 5 2. Og);石墨粉與高錳酸鉀的比例是Ig (3 IOg);石墨粉與去離子水的比例是Ig (100 200mL);濃硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98% ； ニ、將干燥的燒杯置于冰浴中，向燒杯中加入步驟一中稱取的石墨粉、濃硫酸和硝酸鈉，攪拌混合均勻后，加入高錳酸鉀，控制反應(yīng)溫度不超過10°C，持續(xù)磁力攪拌2 3h，完成石墨的剝離； 三、將步驟ニ的燒杯轉(zhuǎn)移至溫度為30 50°C的水浴中，繼續(xù)磁力攪拌，逐步加入部分步驟一中稱取的去離子水，加入的體積為步驟一中稱取的去離子水總體積的(1/6 1/2)，控制反應(yīng)溫度為30 50°C，水浴反應(yīng)30 60min，然后逐步加入余下的步驟一中稱取的去離子水，控制反應(yīng)溫度不超過98°C，水浴反應(yīng)30 120min，得到棕褐色混合物，然后向燒杯中加入雙氧水，至混合物的顏色由棕褐色變成亮黃色； 四、用鹽酸水溶液洗滌步驟三得到的亮黃色混合物，傾倒掉上層清液后，再用20 30°C去離子水過濾洗滌，所得沉淀在溫度為40 60°C的真空干燥箱中烘干，得到氧化石墨烯； 五、將步驟四所得的氧化石墨烯加入到pH值為9 12的氫氧化鈉溶液中，在真空條件下超聲30 90min,然后以150 250r/min的轉(zhuǎn)速磁力攪拌24 60h,用無水こ醇洗漆3 5次，所得沉淀在溫度為40 60°C的真空干燥箱中干燥24 48h，得到水溶性石墨烯；其>中氧化石墨烯與氫氧化鈉溶液的比例是IOOmg (100 250mL)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的常溫下水溶性石墨烯綠色制備方法，其特征在于步驟一中石墨粉與濃硫酸的比例是Ig (40 70mL);石墨粉與硝酸鈉的比例是Ig (I. O I. 5g)；石墨粉與高錳酸鉀的比例是Ig : (5 8g);石墨粉與去離子水的比例是Ig : (120 180mL)ο
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的常溫下水溶性石墨烯綠色制備方法，其特征在于步驟ニ中的反應(yīng)溫度為5 8°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的常溫下水溶性石墨烯綠色制備方法，其特征在于步驟ニ中磁力攪拌的速度是100 200r/min。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的常溫下水溶性石墨烯綠色制備方法，其特征在于步驟三中逐步加入部分步驟一中稱取的去離子水，加入的體積為步驟一中稱取的去離子水總體積的(1/4 1/3)，控制反應(yīng)溫度為35 45°C，水浴反應(yīng)35 50min，然后逐步加入余下的步驟一中稱取的去離子水，控制反應(yīng)溫度為80 95°C，水浴反應(yīng)60 90min。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的常溫下水溶性石墨烯綠色制備方法，其特征在于步驟三中磁力攪拌的速度是100 200r/min。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的常溫下水溶性石墨烯綠色制備方法，其特征在于步驟三中所述雙氧水的體積分?jǐn)?shù)是30%。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的常溫下水溶性石墨烯綠色制備方法，其特征在于步驟四中鹽酸水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3% 8%。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的常溫下水溶性石墨烯綠色制備方法，其特征在于步驟五中超聲的功率是100 400W。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的常溫下水溶性石墨烯綠色制備方法，其特征在于步驟五中氧化石墨烯與氫氧化鈉溶液的比例是IOOmg (120 200mL)。
全文摘要
常溫下水溶性石墨烯綠色制備方法，它涉及石墨烯的制備方法。本發(fā)明要解決現(xiàn)有的制備石墨烯的方法存在反應(yīng)溫度高、反應(yīng)過程中有毒、危害環(huán)境、不能大規(guī)模生產(chǎn)以及現(xiàn)有石墨烯分散性和水溶性的問題。方法以石墨粉、濃硫酸、硝酸鈉、高錳酸鉀、去離子水為原料，制備氧化石墨烯；將氧化石墨烯加入到氫氧化鈉溶液中，在真空條件下超聲，然后磁力攪拌24～60h，洗滌過濾后所得沉淀在真空干燥箱中干燥，得到水溶性石墨烯。本發(fā)明工藝成本低、環(huán)保無污染、可以大規(guī)模生產(chǎn)，所制備的石墨稀的溶解度為1.5～2.0mg/ml，能夠穩(wěn)定的分散在水中，4～6個(gè)月不出現(xiàn)沉淀。本發(fā)明所制備的石墨烯可用于生物醫(yī)藥、能源和電子等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C01B31/04GK102674327SQ20121015280
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月17日
發(fā)明者李欣, 范秀娟 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)