專利名稱：分散乳化輔助Hummers法制備氧化石墨烯的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分散乳化輔助Hmnmers法快速、簡捷、廉價制備氧化石墨烯的方法。
背景技術(shù)：
石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的層狀結(jié)構(gòu)的新材料，其中碳原子之間以Sp2雜化軌道相連接構(gòu)成呈六角型蜂巢晶格的二維材料。在2004年之前，石墨烯一直被認(rèn)為無法單獨存在，直至英國曼徹斯特大學(xué)的安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫通過實驗將其變成了事實[1] (KS Novoselov, AK Geim, SV Morozov, et al. Electric field effect inatomically thin carbon films[J]· Science, 2004(306) :666-669.)。由于石墨烯具有許多優(yōu)異的光電、機械以及化學(xué)性質(zhì)，自石墨烯問世，便引起了全世界的研究熱潮。目前，石墨烯的制備方法主要有機械方法和化學(xué)方法兩種方法。其中機械方法主要包括微機械剝離法、碳納米管切割法、直接超聲法、取向附生法和加熱SiC法等；化學(xué)方法則主要包括有機 合成法、化學(xué)還原法和化學(xué)氣相沉積法等[2](萬武波，趙宗彬，胡涵等.檸檬酸鈉綠色還原制備石墨烯[J].新型炭材料，2011，26 (I): 16-20)。其中化學(xué)還原法主要是指首先將石墨氧化為氧化石墨，再將氧化石墨通過一定手段制備成氧化石墨烯，最后通過化學(xué)還原將氧化石墨烯制備成石墨烯?；瘜W(xué)還原法以其工藝簡單、成本低廉成為工業(yè)制備石墨烯最有吸引力的途徑之一[3](D Li, MB Muller, et al. Processable aqueous dispersions ofgraphene nanosheets [J]· Nature Nanotechnology, 2008 (3) : 101-105.)。在眾多制備氧化石墨的方法中，Hmnmers法的工藝流程簡單、綠色、安全,從而成為目前制備氧化石墨最常用的方法之一⑷(WS Hummers, RE Offeman. Preparation of graphitic oxide [J].Journal of the American Chemical Society, 1958 (80) : 1339. ) 而從氧化石墨制備氧化石墨烯的處理方法則主要是超聲剝離法M(趙茜，邱東方，王曉燕等.殼聚糖/氧化石墨烯納米復(fù)合材料的形態(tài)和力學(xué)性能研究[J].化學(xué)學(xué)報，2011，69 (10): 1260-1263)。然而，超聲處理法操作設(shè)備較復(fù)雜，且噪音污染大，不適宜工業(yè)化應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對超聲剝離法的缺點，提供一種操作設(shè)備簡單、快捷、綠色、安全的制備氧化石墨烯的方法。具體步驟為
(1)0°C下將疒5 g石墨粉和f 3 g硝酸鈉緩慢加入到60 mL質(zhì)量百分比濃度為98%的硫酸中，持續(xù)機械攪拌，加入完全后，緩慢加入8 15g高錳酸鉀，保持恒溫持續(xù)反應(yīng)f 2小時；反應(yīng)完成后加熱升溫至35 55 °C ;緩慢加入15(T200 ml超純水，繼續(xù)升溫至98 °C，此時溶液顏色由棕褐色轉(zhuǎn)變?yōu)榱咙S色；再加入500 mL超純水和40 mL質(zhì)量百分比濃度為30% H2O2，除去未反應(yīng)的高錳酸鉀；過濾，用質(zhì)量百分比濃度為1(Γ15%的鹽酸沖洗濾餅直至濾液無硫酸根檢出，然后超純水沖洗直至濾液呈中性，制得氧化石墨烯濾餅；
(2)將步驟(I)制得的氧化石墨烯濾餅放入到200mL超純水中，使用分散乳化機以3000^5000轉(zhuǎn)速/分處理2(Γ30分鐘，即得氧化石墨烯溶膠；將得到的氧化石墨烯溶膠置于-2(T0°C真空冷凍干燥即得氧化石墨烯。本發(fā)明工藝簡單、快捷、安全、環(huán)保，有利于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，并且能夠更有效地降低氧化石墨烯的層數(shù)；所制備的氧化石墨烯，可作為藥物載體、復(fù)合材料的力學(xué)增強相，可制備高載藥或高力學(xué)性能微型氧化石墨基復(fù)合材料；其還原產(chǎn)物石墨烯，可廣泛用于制備儲能材料、化學(xué)/生物傳感器、導(dǎo)電材料等石墨烯基復(fù)合材料。


圖I為本發(fā)明的合成工藝流程圖。圖2為本發(fā)明實施例制備的氧化石墨烯的透射電鏡照片。圖3為本發(fā)明實施例制備的氧化石墨烯以及以其為原料經(jīng)還原制備的石墨烯的紅外吸收光譜圖(線a:由氧化石墨烯還原而成的石墨烯；線b :本實施例制備的氧化石墨 烯；線c Hummers法制備的氧化石墨)。
具體實施例方式實施例
1.采用Hmnmers法制備氧化石墨
量取60mL質(zhì)量百分比濃度為98%的硫酸倒入燒杯，燒杯置于冰箱冷凍室冷卻至O V，稱取2.5 g石墨粉和1.3 g硝酸鈉緩慢加入該燒杯中，持續(xù)機械攪拌，加入完全后，緩慢加入Sg高錳酸鉀，保持恒溫4°C持續(xù)反應(yīng)I小時；反應(yīng)完成后加熱升溫至35 °C；30分鐘后緩慢加入150ml超純水，繼續(xù)升溫至98 °C，此時溶液顏色由棕褐色轉(zhuǎn)變?yōu)榱咙S色；加入500mL超純水和40 mL質(zhì)量百分比濃度為30 %的H2O2，除去未反應(yīng)的高錳酸鉀；然后將得到的產(chǎn)物經(jīng)3000轉(zhuǎn)/分離心除雜，最后將得到的產(chǎn)物過濾，并使用質(zhì)量百分比濃度為10%的鹽酸沖洗濾餅直至濾液無硫酸根檢出，再用超純水沖洗直至濾液呈中性，制得氧化石墨烯濾餅；
2.采用分散乳化機處理氧化石墨懸浮液制備氧化石墨烯
將步驟(I)制得的氧化石墨烯濾餅放入到200mL超純水中，使用分散乳化機以300轉(zhuǎn)速/分處理20分鐘,此時燒杯中的反應(yīng)物由起初的懸池液轉(zhuǎn)變?yōu)槌煞志坏姆稚⑾嗳苣z態(tài)，即得氧化石墨烯溶膠；將得到的氧化石墨烯溶膠I. 2萬轉(zhuǎn)/分離心除雜，最后置于_20°C真空冷凍干燥即得片狀氧化石墨烯。
權(quán)利要求
1.一種分散乳化輔助Hummers法制備氧化石墨烯的方法，其特征在于具體步驟為 (1)0°C下將疒5 g石墨粉和f 3 g硝酸鈉緩慢加入到60 mL質(zhì)量百分比濃度為98%的硫酸中，持續(xù)機械攪拌，加入完全后，緩慢加入8 15g高錳酸鉀，保持恒溫持續(xù)反應(yīng)f 2小時；反應(yīng)完成后加熱升溫至35 55 °C ;緩慢加入15(T200 ml超純水，繼續(xù)升溫至98 °C，此時溶液顏色由棕褐色轉(zhuǎn)變?yōu)榱咙S色；再加入500 mL超純水和40 mL質(zhì)量百分比濃度為30% H2O2，除去未反應(yīng)的高錳酸鉀；過濾，用質(zhì)量百分比濃度為1(T15%的鹽酸沖洗濾餅直至濾液無硫酸根檢出，然后超純水沖洗直至濾液呈中性，制得氧化石墨烯濾餅； (2)將步驟(I)制得的氧化石墨烯濾餅放入到200mL超純水中，使用分散乳化機以.3000^5000轉(zhuǎn)速/分處理2(T30分鐘，即得氧化石墨烯溶膠；將得到的氧化石墨烯溶膠置于-2(T0°C真空冷凍干燥即得氧化石墨烯。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種分散乳化輔助Hummers法制備氧化石墨烯的方法。首先采用Hummers法制備氧化石墨烯前驅(qū)體懸浮液，經(jīng)反復(fù)超純水清洗-低速離心操作得到中性氧化石墨烯前驅(qū)體，最后將中性氧化石墨烯前驅(qū)體分散在超純水中，采用實驗室分散乳化機高速分散，以此來提高氧化石墨烯的層間距，最后通過低速離心得到單層氧化石墨烯。本發(fā)明工藝簡單、快捷、安全、環(huán)保，有利于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，并且能夠更有效地降低氧化石墨烯的層數(shù)；所制備的氧化石墨烯，可作為藥物載體、復(fù)合材料的力學(xué)增強相，可制備高載藥或高力學(xué)性能微型氧化石墨基復(fù)合材料；其還原產(chǎn)物石墨烯，可廣泛用于制備儲能材料、化學(xué)/生物傳感器、導(dǎo)電材料等石墨烯基復(fù)合材料。
文檔編號C01B31/04GK102701199SQ201210242910
公開日2012年10月3日 申請日期2012年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月15日
發(fā)明者歐俊, 江玉民 申請人:桂林理工大學(xué)