一種制備還原態(tài)石墨烯的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種制備還原態(tài)石墨烯的方法，所述制備方法包括如下步驟，1）制備氧化石墨烯水溶液，并測試所述氧化石墨烯水溶液的pH值；2）調(diào)節(jié)氧化石墨烯水溶液的pH值＜5；3）采用紫外分析儀照射所述步驟2）制備的氧化石墨烯水溶液，直到還原反應(yīng)完全。采用本發(fā)明的方法制備還原態(tài)石墨烯，制備方法操作簡單，時(shí)間短，效率高，制備過程中不會(huì)引入有毒和有腐蝕性的還原劑，環(huán)境友好，而且制備過程不需要加熱，成本較低。
【專利說明】一種制備還原態(tài)石墨烯的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種還原態(tài)石墨烯的制備方法，尤其涉及一種利用紫外光照射制備還原態(tài)石墨烯的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯是一種由碳原子以Sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個(gè)碳原子厚度的二維材料。它最先是由英國曼切斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈?海姆和康斯坦丁 ?諾沃肖洛夫在2004年通過機(jī)械剝離法從石墨中分離出來[Novoselov, K.S., Geim, A.K., Morozov, S.V., et al.Electric field effect in atomically thin carbon films[J].Science, 2004，306，666-669.]。石墨烯具有很多優(yōu)異的性能，例如高表面積、低電阻率、高電導(dǎo)率、成本低廉和可加工性能好等。所以與石墨烯有關(guān)的研究工作已經(jīng)成為相關(guān)學(xué)科當(dāng)iu的研究熱點(diǎn)。
[0003]石墨烯制備技術(shù)的不斷發(fā)展，為基于石墨烯的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開發(fā)提供了原料保證。目前制備石墨烯的方法有:微機(jī)械剝離、外延生長、氧化石墨還原、化學(xué)氣相沉積和有機(jī)合成等[Wu, J.，Pisula, W.，Miillen, K.，Graphenes as potential material forelectronics [J].Chemical Reviews, 2007, 107, 718-747.]。微機(jī)械剝離是一種簡單的制備高質(zhì)量石墨烯的方法，但是它費(fèi)時(shí)費(fèi)力，難以精確控制，重復(fù)性較差，且存在產(chǎn)率低、成本高等不足，不適合工業(yè)化和規(guī)?；a(chǎn)與應(yīng)用的要求?；瘜W(xué)氣相沉積法可以滿足規(guī)?；苽涓哔|(zhì)量石墨烯的要求，可制備面積較大的石墨烯，但條件要求苛刻，工藝較復(fù)雜，成本較高。目前，氧化石墨還原法以其低廉的成本且容易實(shí)現(xiàn)規(guī)模化的優(yōu)勢成為制備石墨烯的最佳方法，而且可以制備穩(wěn)定的石墨烯懸浮液，解決了石墨烯不易分散的問題。
[0004]目前氧化石墨還原法最常用的還 原方法有化學(xué)還原法、熱還原法等。在化學(xué)還原法中常用的還原劑有水合肼、硼氫化鈉等。它的缺點(diǎn)是容易帶來廢液污染，而且在還原過程中使用T具有很毒和強(qiáng)腐蝕性的化學(xué)試劑。Ding等[Ding, Y.H.，Zhang, P.，Zhuo, Q.，etal.A green approach to the synthesis of reduced graphene oxide nanosheets underUV irradiation [J].Nanotechnology, 2011, 22, 215601.]利用紫外光照還原石墨烯，該方法簡單環(huán)保無污染，但是制備還原態(tài)石墨烯花費(fèi)的時(shí)間較長，長達(dá)48小時(shí)。
[0005]有鑒于上述現(xiàn)有的還原態(tài)石墨烯制備技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明人基于從事此類產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造多年豐富的實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)及專業(yè)知識(shí)，并配合學(xué)理的運(yùn)用，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種新型制備還原態(tài)石墨烯的方法，使其更具有實(shí)用性。經(jīng)過不斷的研究、設(shè)計(jì)，并經(jīng)反復(fù)試作樣品及改進(jìn)后，終于創(chuàng)設(shè)出確具實(shí)用價(jià)值的本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的主要目的在于，克服現(xiàn)有的還原態(tài)石墨烯制備技術(shù)存在的缺陷，而提供一種新型制備還原態(tài)石墨烯的方法，縮短還原態(tài)石墨烯的制備時(shí)間，從而更加適于實(shí)用，且具有產(chǎn)業(yè)上的利用價(jià)值。[0007]本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的制備還原態(tài)石墨烯的方法，所述制備方法包括如下步驟，
[0008]I)制備氧化石墨烯水溶液，并測試所述氧化石墨烯水溶液的pH值；
[0009]2)調(diào)節(jié)氧化石墨烯水溶液的pH值< 5 ;
[0010]3)采用紫外分析儀照射所述步驟2)制備的氧化石墨烯水溶液，直到還原反應(yīng)完全。
[0011]前述的制備還原態(tài)石墨烯的方法，所述步驟2)通過加入無機(jī)強(qiáng)酸調(diào)節(jié)氧化石墨烯水溶液的PH值。
[0012]前述的制備還原態(tài)石墨烯的方法，所述步驟3)中紫外分析儀照射采用254nm或者365nm的紫外光長。
[0013]前述的制備還原態(tài)石墨烯的方法，所述步驟3)采用紫外分析儀照射時(shí)距離氧化石墨烯水溶液為3~6cm。
[0014]前述的制備還原態(tài)石墨烯的方法，所述步驟2)氧化石墨烯水溶液的pH優(yōu)選為2~3。
[0015]前述的制備還原態(tài)石墨烯的方法，所述無機(jī)強(qiáng)酸為H2S04、HCl或H3PO4。
[0016]借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明制備還原態(tài)石墨烯的方法至少具有下列優(yōu)點(diǎn):本方法是利用紫外光照射氧化石墨烯水溶液產(chǎn)生還原性很強(qiáng)的水合電子，從而還原石墨烯。采用本發(fā)明的方法制備還原態(tài)石墨烯，制備`方法操作簡單，時(shí)間短，效率高，與現(xiàn)有技術(shù)相比，時(shí)間縮短三分之一左右，制備過程中不會(huì)引入有毒和有腐蝕性的還原劑，環(huán)境友好，而且制備過程不需要加熱，成本較低。
[0017]上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)說明如后。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明制備還原態(tài)石墨烯的方法原理示意圖；
[0019]圖2為氧化石墨烯水溶液的紫外-可見吸收光譜(230nm是芳香族的C=C鍵的31-31*吸收，300nm是C=O鍵的η- π *的吸收)；
[0020]圖3為還原態(tài)石墨烯的紫外-可見吸收光譜(230nm的峰移至260nm，同時(shí)300nm的峰消失)。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的制備還原態(tài)石墨烯的方法其【具體實(shí)施方式】、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。
[0022]實(shí)施例1
[0023]I)采用hummers方法制備氧化石墨烯水溶液，具體的工藝流程為:在冰水浴中裝配好250mL的反應(yīng)瓶，加入46mL H2SO4,攪拌下加入2g石墨粉和Ig硝酸鈉的固體混合物，再分次加入6g高錳酸鉀，控制反應(yīng)溫度不超過20°C，攪拌反應(yīng)一段時(shí)間，然后升溫到35°C左右，繼續(xù)攪拌30min，再緩慢加入92mL的去離子水，繼續(xù)攪拌20min后，加入80mL3%的雙氧水還原殘留的氧化劑，使溶液變?yōu)榱咙S色，然后把上述溶液多次離心洗滌，先用8000轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速離心，取下層殘留物，接著用3000轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速離心取上層清液，即得氧化石墨烯水溶液。并測量氧化石墨烯水溶液PH值為5.7，濃度為lmg/mL，氧化石墨烯水溶液的紫外-可見吸收光譜如圖2所示；
[0024]2)通過加入H2SO4,調(diào)節(jié)氧化石墨烯水溶液的pH為O ;
[0025]3)移取3mL的氧化石墨烯水溶液到5mL的玻璃小瓶中，采用ZF-20D暗箱式紫外分析儀，調(diào)節(jié)紫外光長254nm，照射時(shí)玻璃瓶與紫外燈的距離約為5cm，直到還原反應(yīng)完成，整個(gè)還原過程需要40小時(shí)完成，還原態(tài)石墨烯的紫外-可見吸收光譜如圖3所示。
[0026]實(shí)施例2
[0027]I)采用hummers方法制備氧化石墨烯水溶液，具體的工藝流程為:在冰水浴中裝配好250mL的反應(yīng)瓶，加入46mL H2SO4,攪拌下加入2g石墨粉和Ig硝酸鈉的固體混合物，再分次加入6g高錳酸鉀，控制反應(yīng)溫度不超過20°C，攪拌反應(yīng)一段時(shí)間，然后升溫到35°C左右，繼續(xù)攪拌30min，再緩慢加入92mL的去離子水，繼續(xù)攪拌20min后，加入80mL3%的雙氧水還原殘留的氧化劑，使溶液變?yōu)榱咙S色。然后把上述溶液多次離心洗滌，先用8000轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速離心，取下層殘留物，接著用3000轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速離心取上層清液，即得氧化石墨烯水溶液。并測量氧化石墨烯水溶液PH值為5.7，濃度為lmg/mL ；
[0028]2)通過加入HCl，調(diào)節(jié)氧化石墨烯水溶液的pH為I ;
[0029]3)移取3mL的氧化石墨烯水溶液到5mL的玻璃小瓶中，采用ZF-20D暗箱式紫外分析儀，調(diào)節(jié)紫外光長254nm，照射時(shí)玻璃瓶與紫外燈的距離約為5cm，直到還原反應(yīng)完成，整個(gè)還原過程需要37小時(shí)完成。
[0030]實(shí)施例3`[0031]I)采用hummers方法制備氧化石墨烯水溶液，具體的工藝流程為:在冰水浴中裝配好250mL的反應(yīng)瓶，加入46mL H2SO4,攪拌下加入2g石墨粉和Ig硝酸鈉的固體混合物，再分次加入6g高錳酸鉀，控制反應(yīng)溫度不超過20°C，攪拌反應(yīng)一段時(shí)間，然后升溫到35°C左右，繼續(xù)攪拌30min，再緩慢加入92mL的去離子水，繼續(xù)攪拌20min后，加入80mL3%的雙氧水還原殘留的氧化劑，使溶液變?yōu)榱咙S色。然后把上述溶液多次離心洗滌，先用8000轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速離心，取下層殘留物，接著用3000轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速離心取上層清液，即得氧化石墨烯水溶液。并測量氧化石墨烯水溶液PH值為5.7，濃度為lmg/mL ；
[0032]2)通過加入H3PO4,調(diào)節(jié)氧化石墨烯水溶液的pH為2 ;
[0033]3)移取3mL的氧化石墨烯水溶液到5mL的玻璃小瓶中，采用ZF-20D暗箱式紫外分析儀，調(diào)節(jié)紫外光長254nm，照射時(shí)玻璃瓶與紫外燈的距離約為5cm，直到還原反應(yīng)完成，整個(gè)還原過程需要30小時(shí)完成。
[0034]實(shí)施例4
[0035]I)采用hummers方法制備氧化石墨烯水溶液，具體的工藝流程為:在冰水浴中裝配好250mL的反應(yīng)瓶，加入46mL H2SO4,攪拌下加入2g石墨粉和Ig硝酸鈉的固體混合物，再分次加入6g高錳酸鉀，控制反應(yīng)溫度不超過20°C，攪拌反應(yīng)一段時(shí)間，然后升溫到35°C左右，繼續(xù)攪拌30min，再緩慢加入92mL的去離子水，繼續(xù)攪拌20min后，加入80mL3%的雙氧水還原殘留的氧化劑，使溶液變?yōu)榱咙S色。然后把上述溶液多次離心洗滌，先用8000轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速離心，取下層殘留物，接著用3000轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速離心取上層清液，即得氧化石墨烯水溶液。并測量氧化石墨烯水溶液PH值為5.7，濃度為lmg/mL ；[0036]2)通過加入H2SO4,調(diào)節(jié)氧化石墨烯水溶液的pH為3 ;
[0037]3)移取3mL的氧化石墨烯水溶液到5mL的玻璃小瓶中，采用ZF-20D暗箱式紫外分析儀，調(diào)節(jié)紫外光長254nm，照射時(shí)玻璃瓶與紫外燈的距離約為5cm，直到還原反應(yīng)完成，整個(gè)還原過程需要33小時(shí)完成。
[0038]實(shí)施例5
[0039]I)采用hmnmers方法制備氧化石墨烯水溶液，具體的工藝流程為:在冰水浴中裝配好250mL的反應(yīng)瓶，加入46mL H2SO4,攪拌下加入2g石墨粉和Ig硝酸鈉的固體混合物，再分次加入6g高錳酸鉀，控制反應(yīng)溫度不超過20°C，攪拌反應(yīng)一段時(shí)間，然后升溫到35°C左右，繼續(xù)攪拌30min，再緩慢加入92mL的去離子水，繼續(xù)攪拌20min后，加入80mL3%的雙氧水還原殘留的氧化劑，使溶液變?yōu)榱咙S色。然后把上述溶液多次離心洗滌，先用8000轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速離心，取下層殘留物，接著用3000轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速離心取上層清液，即得氧化石墨烯水溶液。并測量氧化石墨烯水溶液PH值為5.7，濃度為lmg/mL ；
[0040]2)通過加入H3PO4,調(diào)節(jié)氧化石墨烯水溶液的pH為5 ;
[0041]3)移取3mL的氧化石墨烯水溶液到5mL的玻璃小瓶中，采用ZF-20D暗箱式紫外分析儀，調(diào)節(jié)紫外光長254nm，照射時(shí)玻璃瓶與紫外燈的距離約為5cm，直到還原反應(yīng)完成，整個(gè)還原過程需要48小時(shí)完成。
[0042]本發(fā)明利用254nm的紫外光照射調(diào)節(jié)pH值的氧化石墨烯水溶液，紫外光照射水溶液產(chǎn)生還原性很強(qiáng)的水合電子，進(jìn)而還原石墨烯，從而簡單環(huán)保的制備還原態(tài)石墨烯。
[0043]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范 圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種制備還原態(tài)石墨烯的方法，其特征在于:所述制備方法包括如下步驟， O制備氧化石墨烯水溶液，并測試所述氧化石墨烯水溶液的pH值； 2)調(diào)節(jié)氧化石墨烯水溶液的pH值<5 ; 3)采用紫外分析儀照射所述步驟2)制備的氧化石墨烯水溶液，直到還原反應(yīng)完全。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備還原態(tài)石墨烯的方法，其特征在于:所述步驟2)通過加入無機(jī)強(qiáng)酸調(diào)節(jié)氧化石墨烯水溶液的PH值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備還原態(tài)石墨烯的方法，其特征在于:所述步驟3)中紫外分析儀照射采用254 nm或者365 nm的紫外光長。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備還原態(tài)石墨烯的方法，其特征在于:所述步驟3)采用紫外分析儀照射時(shí)距離氧化石墨烯水溶液為3飛cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備還原態(tài) 石墨烯的方法，其特征在于:所述步驟2)氧化石墨烯水溶液的PH優(yōu)選為2~3。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備還原態(tài)石墨烯的方法，其特征在于:所述無機(jī)強(qiáng)酸為H2SO4'HCl 或 H3PO4。
【文檔編號(hào)】C01B31/04GK103496696SQ201310483115
【公開日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月16日
【發(fā)明者】范大和, 孔粉英, 李韋韋, 王偉 申請(qǐng)人:鹽城工學(xué)院