本發(fā)明涉及導(dǎo)電新材料領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及一種導(dǎo)電性石墨烯及其制備方法。
背景技術(shù)：
：石墨烯是一種單原子層厚度的二維sp2雜化碳材料，是碳的其它維數(shù)的同素異形體的基本構(gòu)造單元。受其特殊結(jié)構(gòu)的影響，石墨烯擁有一系列優(yōu)異的物化特性：高斷裂強(qiáng)度（125GPa）；高速載流子遷移率（2×105cm2V-1s-1）和熱導(dǎo)率（5000Wm-1K-1）；超大比表面積（2630m2/g）。這些突出的特征使得石墨烯可以適用多種實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合，其中，利用石墨烯作為導(dǎo)電材料、電極材料已成為清潔能源領(lǐng)域的研究焦點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)外大量專利和文獻(xiàn)報(bào)道的以石墨為原料制備石墨烯的方法主要有微機(jī)械剝離法、SiC熱解外延生長(zhǎng)法、化學(xué)氣相沉積法、化學(xué)氧化還原法等，其中，化學(xué)氧化還原法適合于石墨烯的大批量制備，且中間產(chǎn)物氧化石墨烯在水中的分散性較好，易于實(shí)現(xiàn)對(duì)石墨烯的改性及功能化，因此該方法常被用于復(fù)合材料、儲(chǔ)能材料等研究中。然而，大部分專利或文獻(xiàn)中公開的化學(xué)氧化還原法制備石墨烯用到了水合肼，水合肼雖具有強(qiáng)的還原性，但其同時(shí)具有強(qiáng)的毒性和致癌性，不利于環(huán)保，而且用水合肼氧化石墨時(shí)，在超聲過程中部分碳原子的缺失以及還原過程中含氧官能團(tuán)的殘留往往使得制得的石墨烯含有較多的缺陷，使其導(dǎo)電性降低，進(jìn)而限制了其在對(duì)石墨烯質(zhì)量要求較高的領(lǐng)域（如觸摸屏導(dǎo)電行業(yè)，OLED電極導(dǎo)電行業(yè)，透明導(dǎo)電行業(yè)）中的應(yīng)用。也有少量專利公開了用硼氫化鹽作為還原劑制備石墨烯的方法，但現(xiàn)有的制備方法其過程依然較為繁瑣且耗時(shí)久，此外所制備出的石墨烯的導(dǎo)電性依然不佳，難以滿足觸摸屏導(dǎo)電行業(yè)、OLED電極導(dǎo)電行業(yè)、透明導(dǎo)電行業(yè)等領(lǐng)域的要求。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：基于此，本發(fā)明在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種導(dǎo)電性石墨烯的制備方法，所述制備方法是在環(huán)保型水溶性體系中制備，毒性小，且制備工藝快速簡(jiǎn)便，大大減少了石墨烯的生產(chǎn)成本并提高了生產(chǎn)效率。本發(fā)明的另一目的在于提供一種導(dǎo)電性良好的石墨烯，其方阻值低于145mΩ/□。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種石墨烯的制備方法，所述制備方法操作簡(jiǎn)單，周期大大縮短，生產(chǎn)效率高，所述制備方法具體包括如下步驟：S1、將強(qiáng)氧化劑和雙氧水與石墨混合，加熱到60-80℃反應(yīng)3-5小時(shí)，再超聲反應(yīng)30-50min；S2、加入硼氫化鹽和堿反應(yīng)2-4小時(shí)，離心機(jī)離心分離，用無水乙醇洗滌3-4次，然后于80-100℃烘干得到石墨烯；其中，所述強(qiáng)氧化劑、雙氧水、石墨的質(zhì)量比為：（10-20）:（2-5）:（1-3），所述石墨與硼氫化鹽的摩爾比為100:（32-72），所述石墨與堿的摩爾比為100：（16-32）。本發(fā)明通過化學(xué)氧化還原法并控制石墨與強(qiáng)氧化劑、雙氧水、硼氫化鹽、堿的配比實(shí)現(xiàn)了石墨烯的制備。該制備過程中中間產(chǎn)物氧化石墨烯在水中的分散性較好，易于實(shí)現(xiàn)對(duì)石墨烯的改性及功能化；采用超聲的方法使得碳原子不易缺失；采用硼氫化鹽作為還原劑減少了含氧官能團(tuán)殘留，從而使制得的石墨烯含有較多的導(dǎo)電基團(tuán)；制備過程中堿的存在還進(jìn)一步減少了還原過程中含氧官能團(tuán)的殘留，進(jìn)一步改善了石墨烯的導(dǎo)電性能。本發(fā)明所述制備方法快速簡(jiǎn)便，可大大減少石墨烯的生產(chǎn)成本以及提高生產(chǎn)效率，適用于工業(yè)化生產(chǎn)石墨烯。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述強(qiáng)氧化劑為98%的濃硫酸、98%濃硝酸、高氯酸中的至少一種。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述硼氫化鹽為NaBH4、KBH4、LiBH4中的至少一種。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述硼氫化鹽為NaBH4和KBH4的混合物。在實(shí)驗(yàn)過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采用NaBH4和KBH4的混合物作為還原劑時(shí)，可進(jìn)一步提高所制備的石墨烯的導(dǎo)電性能。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述NaBH4和KBH4的摩爾比為1:3。當(dāng)NaBH4和KBH4按摩爾比為1:3作為復(fù)合還原劑時(shí)，石墨烯的導(dǎo)電性能還可進(jìn)一步提高。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述堿為NaOH，KOH、氨水中的至少一種。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述石墨與硼氫化鹽、堿的摩爾比為10048:36。發(fā)明人通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，石墨與硼氫化鹽、堿的摩爾比為100:48:36時(shí)，石墨烯的導(dǎo)電性能進(jìn)一步得到提升。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述離心機(jī)離心分離為控制離心機(jī)轉(zhuǎn)速為10000-15000轉(zhuǎn)/分鐘，離心分離10-15min。本發(fā)明還公開了所述制備方法制備得到的導(dǎo)電性石墨烯，所述導(dǎo)電石墨烯的方阻值低于145mΩ/□。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述導(dǎo)電石墨烯的方阻值不超過100mΩ/□。本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明通過化學(xué)氧化還原法制備石墨烯，采用硼氫化鹽作為還原劑，安全無毒，健康環(huán)保，且可減少還原過程中含氧官能團(tuán)殘留；還原過程中采用堿，能進(jìn)一步減少含氧官能團(tuán)的殘留，使得石墨烯含有較多的導(dǎo)電基團(tuán)，導(dǎo)電性能優(yōu)異；本發(fā)明所述制備方法快速簡(jiǎn)便，可大大減少石墨烯的生產(chǎn)成本以及提高生產(chǎn)效率，適用于工業(yè)化生產(chǎn)石墨烯。附圖說明圖1為實(shí)施例所述石墨烯的透射電子顯微鏡圖。具體實(shí)施方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用以解釋本發(fā)明，并不限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。以下實(shí)施例所用原料均為普通市售產(chǎn)品。實(shí)施例1一種導(dǎo)電性石墨烯，其制備過程如下：S1、將20g濃硫酸和5g雙氧水與2g石墨混合，加熱到60℃反應(yīng)5小時(shí)，再超聲反應(yīng)30min；S2、加入100ml濃度為1mol/L的硼氫化鈉和40ml濃度為1mol/L的氫氧化鈉反應(yīng)4小時(shí)，控制離心機(jī)轉(zhuǎn)速為15000轉(zhuǎn)/分鐘，離心分離10min，用無水乙醇洗滌3次，然后于80℃烘干得到石墨烯。實(shí)施例2一種導(dǎo)電性石墨烯，其制備過程如下：S1、將10g質(zhì)量濃度為98%的濃硝酸和5g雙氧水與1g石墨混合，加熱到80℃反應(yīng)5小時(shí)，再超聲反應(yīng)50min；S2、加入60ml濃度為1mol/L的硼氫化鈉和20ml濃度為1mol/L的氫氧化鈉反應(yīng)2小時(shí)，控制離心機(jī)轉(zhuǎn)速為15000轉(zhuǎn)/分鐘，離心分離10min，用無水乙醇洗滌3次，然后于100℃烘干得到石墨烯。實(shí)施例3一種導(dǎo)電性石墨烯，其制備方法過程如下：S1、將10g濃硫酸和2g雙氧水與2g石墨混合，加熱到80℃反應(yīng)3小時(shí)，再超聲反應(yīng)50min；S2、加入70ml濃度為1mol/L的硼氫化鉀和40ml濃度為1mol/L的氫氧化鉀反應(yīng)3小時(shí)，控制離心機(jī)轉(zhuǎn)速為10000轉(zhuǎn)/分鐘，離心分離15min，用無水乙醇洗滌4次，然后于80℃烘干得到石墨烯。實(shí)施例4一種導(dǎo)電性石墨烯，其制備方法過程如下：S1、將12g高氯酸和3g雙氧水與3g石墨混合，加熱到80℃反應(yīng)4小時(shí)，再超聲反應(yīng)40min；S2、加入80ml濃度為1mol/L的硼氫化鋰和40ml濃度為1mol/L的氨水反應(yīng)3小時(shí)，控制離心機(jī)轉(zhuǎn)速為12000轉(zhuǎn)/分鐘，離心分離15min，用無水乙醇洗滌3次，然后于100℃烘干得到石墨烯。實(shí)施例5一種導(dǎo)電性石墨烯，其制備方法過程如下：S1、將15g硼氫化鉀和3g雙氧水與2g石墨混合，加熱到80℃反應(yīng)4小時(shí)，再超聲反應(yīng)50min；S2、加入80ml濃度為1mol/L的硼氫化鈉和20ml濃度為1mol/L的氫氧化鉀反應(yīng)3小時(shí)，控制離心機(jī)轉(zhuǎn)速為13000轉(zhuǎn)/分鐘，離心分離12min，用無水乙醇洗滌4次，然后于100℃烘干得到石墨烯。實(shí)施例6一種導(dǎo)電性石墨烯，其制備方法過程如下：S1、將20g濃硫酸和5g雙氧水與2g石墨混合，加熱到60℃反應(yīng)5小時(shí)，再超聲反應(yīng)30min；S2、加入50ml濃度為1mol/L的硼氫化鈉、50ml濃度為1mol/L的硼氫化鉀和40ml濃度為1mol/L的氫氧化鈉反應(yīng)4小時(shí)，控制離心機(jī)轉(zhuǎn)速為15000轉(zhuǎn)/分鐘，離心分離10min，用無水乙醇洗滌3次，然后于80℃烘干得到石墨烯。實(shí)施例7一種導(dǎo)電性石墨烯，其制備方法過程如下：S1、將20g濃硫酸和5g雙氧水與2g石墨混合，加熱到60℃反應(yīng)5小時(shí)，再超聲反應(yīng)30min；S2、加入25ml濃度為1mol/L的硼氫化鈉、75ml濃度為1mol/L的硼氫化鉀和40ml濃度為1mol/L的氫氧化鈉反應(yīng)4小時(shí)，控制離心機(jī)轉(zhuǎn)速為15000轉(zhuǎn)/分鐘，離心分離10min，用無水乙醇洗滌3次，然后于80℃烘干得到石墨烯。實(shí)施例8一種導(dǎo)電性石墨烯，其制備方法過程如下：S1、將20g濃硫酸和5g雙氧水與2g石墨混合，加熱到60℃反應(yīng)5小時(shí)，再超聲反應(yīng)30min；S2、加入20ml濃度為1mol/L的硼氫化鈉、60ml濃度為1mol/L的硼氫化鉀和60ml濃度為1mol/L的氫氧化鈉反應(yīng)4小時(shí)，控制離心機(jī)轉(zhuǎn)速為15000轉(zhuǎn)/分鐘，離心分離10min，用無水乙醇洗滌3次，然后于80℃烘干得到石墨烯。實(shí)施例9一種導(dǎo)電性石墨烯，其制備方法過程如下：S1、將200g濃硫酸和50g雙氧水與20g石墨混合，加熱到60℃反應(yīng)5小時(shí)，再超聲反應(yīng)30min；S2、加入200ml濃度為1mol/L的硼氫化鈉、600ml濃度為1mol/L的硼氫化鉀和600ml濃度為1mol/L的氫氧化鈉反應(yīng)4小時(shí)，控制離心機(jī)轉(zhuǎn)速為15000轉(zhuǎn)/分鐘，離心分離10min，用無水乙醇洗滌3次，然后于80℃烘干得到石墨烯。對(duì)比例1一種導(dǎo)電性石墨烯，其制備方法過程如下：S1、將20g濃硫酸和5g雙氧水與2g石墨混合，加熱到60℃反應(yīng)5小時(shí)，再超聲反應(yīng)30min；S2、加入100ml濃度為1mol/L的硼氫化鈉反應(yīng)4小時(shí)，控制離心機(jī)轉(zhuǎn)速為15000轉(zhuǎn)/分鐘，離心分離10min，用無水乙醇洗滌3次，然后于80℃烘干得到石墨烯。對(duì)比例2一種導(dǎo)電性石墨烯，其制備方法如下：S1、將20g濃硫酸和5g雙氧水與2g石墨混合，加熱到60℃反應(yīng)5小時(shí)，再超聲反應(yīng)30min；S2、加入150ml濃度為1mol/L的硼氫化鈉和40ml濃度為1mol/L的氫氧化鈉反應(yīng)4小時(shí)，控制離心機(jī)轉(zhuǎn)速為15000轉(zhuǎn)/分鐘，離心分離10min，用無水乙醇洗滌3次，然后于80℃烘干得到石墨烯。本發(fā)明對(duì)實(shí)施例1制備的一種導(dǎo)電性石墨烯進(jìn)行了透射電子顯微鏡檢測(cè)，實(shí)施例1所制備的石墨烯的透射電子顯微鏡圖如圖1所示。由圖1可知，實(shí)施例1制備得到的石墨烯片徑大小為1-2微米。參考國(guó)標(biāo)GB/T1410-2006對(duì)實(shí)施例1-9及對(duì)比例1、對(duì)比例2制備的一種導(dǎo)電性石墨烯的導(dǎo)電性能進(jìn)行測(cè)試，測(cè)量其方阻值，測(cè)量結(jié)果見表1。表1石墨烯導(dǎo)電性能測(cè)試結(jié)果檢測(cè)項(xiàng)目方阻（mΩ/□）實(shí)施例1100.0實(shí)施例2132.0實(shí)施例3120.3實(shí)施例4143.6實(shí)施例5137.4實(shí)施例695.0實(shí)施例790.2實(shí)施例886.5實(shí)施例987.3對(duì)比例1185.2對(duì)比例2172.0從實(shí)施例1-9可知，本發(fā)明所制備的導(dǎo)電性石墨烯導(dǎo)電性優(yōu)異，其方阻均低于145mΩ/□。從實(shí)施例1、實(shí)施例6、實(shí)施例7可知，當(dāng)使用NaBH4和KBH4的混合物作為還原劑時(shí)，制備得到的石墨烯導(dǎo)電性能能夠進(jìn)一步得到提升，而當(dāng)NaBH4和KBH4的摩爾比為1:3時(shí)，所得石墨烯的導(dǎo)電性更佳。從實(shí)施例7和實(shí)施例8的對(duì)比可知，石墨烯與硼氫化鹽和堿的配比也會(huì)影響石墨烯的導(dǎo)電性能，當(dāng)石墨烯與硼氫化鹽和堿摩爾比為100:48:36時(shí)，石墨烯的方阻低至86.5mΩ/□。從實(shí)施例8和實(shí)施例9可知，即便擴(kuò)大制備石墨烯的規(guī)模，制備得到的石墨烯的仍具有優(yōu)異導(dǎo)電性能，由此可知，本發(fā)明所述導(dǎo)電性石墨烯的制備方法適用于工業(yè)化生產(chǎn)。從實(shí)施例1與對(duì)比例1、對(duì)比例2的對(duì)比可知，在石墨烯的制備過程中使用適量的堿可以顯著改善石墨烯的導(dǎo)電性能，不使用堿或者堿的用量過大，均會(huì)造成石墨烯的方阻過高。以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡(jiǎn)潔，未對(duì)上述實(shí)施例中的各個(gè)技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。當(dāng)前第1頁1 2 3