制備石墨烯的新方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種制備石墨烯的新方法，解決了石墨烯的制備過程中工藝復(fù)雜，產(chǎn)品品質(zhì)的問題。本發(fā)明的方法為：將石墨粉或膨脹石墨置于適當(dāng)容器中，小心加入氯磺酸和濃硫酸，攪拌均勻，然后在0--160℃的范圍內(nèi)滴加雙氧水剝離，得到石墨烯，然后經(jīng)過稀釋、分離、干燥得到2-10層的石墨烯。本方法制備的石墨烯具有分散、少層、高質(zhì)量的優(yōu)點并且減少了污染，對環(huán)境友好。
【專利說明】制備石墨烯的新方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石墨烯制備領(lǐng)域，在石墨粉中分別加入氯磺酸和濃硫酸以及雙氧水，剝離后，經(jīng)分離制備高質(zhì)量石墨烯。
【背景技術(shù)】
[0002]從2004年被發(fā)現(xiàn)以來，石墨烯作為一種新型碳材料備受關(guān)注。它是一種厚度僅為單原子層或數(shù)個單原子層的二維晶體材料，具有高透光性和導(dǎo)電性、高比表面積、高強(qiáng)度及柔韌性等優(yōu)異的性能，可望在高性能納電子器件、光電器件、氣體傳感器、復(fù)合材料、場發(fā)射材料及能量存儲等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。但是，高質(zhì)量石墨烯的低成本、大量制備仍面臨困境，制約了該材料的發(fā)展與應(yīng)用。
[0003]目前，大量石墨烯的制備主要是基于Hummers法，將石墨進(jìn)行氧化處理，得到氧化石墨后，再進(jìn)行剝離得到氧化石墨烯，最后經(jīng)過還原處理得到石墨烯。但是氧化過程會嚴(yán)重破壞石墨烯片層的結(jié)構(gòu)，雖然經(jīng)過還原處理，所得石墨烯材料的各項性能指標(biāo)仍與高質(zhì)量的石墨烯存在差距。此外，石墨的氧化過程通常需要大量強(qiáng)酸性氧化劑如濃硫酸、濃硝酸、重鉻酸鉀及高錳酸鉀、硝酸鈉等；而還原過程又要高溫處理及使用硼氫化鈉等化學(xué)物質(zhì)，總體來看能耗大、成本高、過程操作危險性較高而且環(huán)境污染嚴(yán)重。
[0004]新加坡王軍中等通過電化學(xué)方法高產(chǎn)率制備了少層石墨烯，但該方法必須使用電化學(xué)裝置，且電極處理過程復(fù)雜，所以也不具備大規(guī)模生產(chǎn)的可能性。其他方法，諸如機(jī)械剝離法及CVD法也存在質(zhì)量不穩(wěn)定、難以規(guī)?；?、成本高昂等問題。
[0005]2010年石墨烯的發(fā)現(xiàn)者獲得諾貝爾獎后，石墨烯研究和開發(fā)速度呈現(xiàn)爆炸性增長，業(yè)界對石墨烯的需求也越來越多，在實驗室中制備的產(chǎn)量已不能滿足在應(yīng)用領(lǐng)域的需求。因此，需要開發(fā)一種可規(guī)模化、低成本且環(huán)境友好的制備高質(zhì)量石墨烯的新方法。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提出一種制備的石墨烯方法，所得石墨烯具有分散、少層、高質(zhì)量的優(yōu)點，同時減少了污染，對環(huán)境友好。
[0007]本發(fā)明以石墨粉或膨脹石墨為原料，剝離劑選擇氯磺酸和濃硫酸以及過氧化氫，通過攪拌使氯磺酸和濃硫酸及石墨粉按質(zhì)量比(30: 1-400: I)均勻混合，然后將過氧化氫加入到上述溶液中，通過分離、干燥得到高質(zhì)量的石墨烯片，所得石墨烯具有優(yōu)異的電催化性能。該方法并同時減少了污染，對環(huán)境友好。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為，所得到的石墨烯用掃描電鏡和透射電鏡觀察。
[0009]圖2為是石墨粉(黑色)和石墨烯片(灰色)的拉曼光譜圖(a) ;X射線衍射圖，b) X射線光電能譜圖【具體實施方式】
[0010]下述實施例用于進(jìn)一步說明但不限于本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容和所掌握的本領(lǐng)域技術(shù)對本
【發(fā)明內(nèi)容】
，作出替換或變型，其替換或變型均在本發(fā)明要求保護(hù)的權(quán)利范圍內(nèi)。
[0011]實施例1:
[0012]將三口瓶中，依次加入Ig石墨粉或膨脹石墨,20mL-100ml氯磺酸，10ml-50ml濃硫酸。攪拌15分鐘，向混合液中緩慢加入30%的過氧化氫水溶液15-50ml，控制加入速度，并對瓶外降溫處理。過程中上述混合物體積急劇膨脹，以至難以攪動。加畢，降溫20分鐘，用水稀釋，洗滌至中性并分離所得黑色物質(zhì)即得石墨烯。
[0013]實施例2:
[0014]方法同實施例1，反應(yīng)結(jié)束后，加入能與水混溶的，與總酸用量0.5-3倍體積份的有機(jī)溶劑，諸如:N，N- 二甲基甲酰胺，N-甲基吡咯烷酮，二甲亞礬，二氧六環(huán)，丙酮，丙醇，乙醇，甲醇的一種或數(shù)種。然后，將所得混合液超聲處理20分鐘，然后再用水洗至中性，分離所得黑色物質(zhì)即得石墨烯，所得石墨烯較少如實施例1中所得石墨烯有部分團(tuán)聚現(xiàn)象，顯得更為蓬松。[0015]實施例3:
[0016]方法同實施例1，反應(yīng)結(jié)束后，加入石墨粉1% -30%質(zhì)量份的表面活性劑，諸如:十二烷基磺酸鈉，十六烷基苯磺酸鈉，吐溫，四丁基溴化銨，四丁基硫酸氫銨等的一種或數(shù)種。然后，將所得混合液超聲處理20分鐘，然后再用水洗至中性，分離所得黑色物質(zhì)即得石墨烯，所得石墨烯較少如實施例1中所得石墨烯有部分團(tuán)聚現(xiàn)象，顯得更為蓬松，和實施例2更為接近。
[0017]實施例4:
[0018]將實施例1-3方法制備的石墨烯，按照實施例1-3重復(fù)操作，可以制備單層更多的石墨烯。具體步驟如下，樣品石墨烯再次分散于氯磺酸與硫酸的混合液中，照實施例1描述，加入雙氧水。按照實施例2或3后處理，所得石墨烯全為3層以下的薄層，且單層含量較聞。
【權(quán)利要求】
1.一種制備石墨烯的新方法，其特征在于:在石墨粉或膨脹石墨中分別加入氯磺酸和濃硫酸以及雙氧水，剝離后，經(jīng)分離得到2-10層的石墨烯，主要集中在3-5層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的描述，其特征在于氯磺酸:濃硫酸的比例從1: O至1: 0.5，而石墨粉與混酸的質(zhì)量比例從1: 30-1: 400。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的描述，其特征在于，優(yōu)選的比例為氯磺酸:濃硫酸的比例從I: 0.05-0.2，而石墨粉或膨脹石墨與混酸的質(zhì)量比例，優(yōu)選從1: 100-1: 200。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的描`述，雙氧水滴加溫度為0-160°C，優(yōu)選30-130°C。
【文檔編號】C01B31/04GK103864058SQ201210528688
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月11日
【發(fā)明者】陽海, 孫旭平 申請人:陽海