一種石墨烯的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種石墨烯的制備方法，涉及納米功能材料制備的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯是目前發(fā)現(xiàn)的唯一存在的二維自由態(tài)原子晶體。從2004年被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，就引起了各個(gè)領(lǐng)域的研宄者的極大興趣。石墨烯具有很多超級(jí)性質(zhì)，比如較高的迀移率，顯著的室溫霍爾效應(yīng)，穩(wěn)定的狄拉克電子結(jié)構(gòu)，高透光性，高機(jī)械強(qiáng)度，高熱導(dǎo)率等。因此，石墨烯在微電子學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、催化、儲(chǔ)能、傳感器以及多功能復(fù)合材料等方面展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景，引起世界科學(xué)界乃至產(chǎn)業(yè)界的高度關(guān)注。
[0003]目前制備石墨烯的主要方法有:機(jī)械剝離、外延生長(zhǎng)、有機(jī)合成、化學(xué)剝離等。其中，機(jī)械剝離工藝精制，產(chǎn)率較低，偶然性較大，不宜大量制備。外延生長(zhǎng)需要較高的溫度，其中，較常用的化學(xué)氣相沉積(CVD)需要昂貴的基質(zhì)和氣態(tài)碳源，基質(zhì)轉(zhuǎn)移困難。而有機(jī)合成線(xiàn)路復(fù)雜，產(chǎn)率極低，不宜大規(guī)模使用?；瘜W(xué)剝離工序時(shí)間短，可以實(shí)現(xiàn)宏量制備。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的專(zhuān)利檢索發(fā)現(xiàn)，目前液相剝離的石墨烯缺陷仍然明顯，氧化還原法依然離不開(kāi)強(qiáng)酸或濃酸的使用，有害氣體依然難以消除。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種制備石墨稀的方法，能夠制備出尚質(zhì)量的石墨烯，而且過(guò)程中不產(chǎn)生有害氣體，對(duì)環(huán)境沒(méi)有危害，成本較低。
[0005]本發(fā)明的一種石墨烯的制備方法，包括以下步驟:
(1)按石墨粉質(zhì)量g與烷基磺酸的體積HiL的比為1: 100-150，將石墨粉與烷基磺酸在磁力攪拌下混合，得到石墨-烷基磺酸分散液；所述的石墨粉為天然鱗片石墨粉(石墨含量彡99.0%);所述的烷基磺酸(純度彡96.0%)為甲基磺酸、乙基磺酸中的任意一種；
(2)繼續(xù)磁力攪拌，向上述的分散液中逐滴滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的過(guò)氧化氫溶液(雜質(zhì)含量< 0.005%)，滴加速率為2mL/min，滴加的過(guò)氧化氫的總體積是石墨-烷基磺酸散液體積的50-75% ;滴加結(jié)束，再經(jīng)過(guò)5-10min，停止磁力攪拌；
(3)將上述分散液進(jìn)行超聲波處理，超聲波的功率為280-420W，超聲時(shí)間為30-60min；
(4)將超聲波處理過(guò)的分散液進(jìn)行離心，用去離子水反復(fù)洗滌，直至硫酸根完全除去(用0.25mol/L氯化鋇溶液檢驗(yàn))；
(5)對(duì)洗滌過(guò)的分散液進(jìn)行真空干燥，干燥溫度為60°C，干燥時(shí)間為10-24小時(shí)，獲得石墨烯固體粉末。
[0006]有益效果:本發(fā)明制備的石墨烯中少于10層的占90-95%，產(chǎn)率高于85%。本發(fā)明避免了目前制備方法中濃酸的使用，對(duì)環(huán)境危害小，且產(chǎn)品的被氧化程度較低。制備的石墨烯缺陷較少，工藝簡(jiǎn)單，成本較低，可以實(shí)現(xiàn)石墨烯的宏量制備。
【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1是發(fā)明實(shí)例I制備的石墨烯的TEM圖。
[0008]圖2是發(fā)明實(shí)例I制備的石墨烯的SEM圖。
[0009]圖3是發(fā)明實(shí)例I制備的石墨烯的選區(qū)電子衍射圖。
[0010]圖4是發(fā)明實(shí)例I制備的石墨烯的Raman圖。
[0011]圖5是發(fā)明實(shí)例2制備的石墨烯的Raman圖。
[0012]圖6是發(fā)明實(shí)例3制備的石墨烯的Raman圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]實(shí)施例1一種石墨烯的制備方法。
[0014](I)將0.5g天然鱗片石墨粉(石墨含量彡99.0%)與50mL甲基磺酸(純度彡96.0%)在磁力攪拌作用下混合，得到石墨-甲基磺酸分散液；
(2)繼續(xù)磁力攪拌，向上述的分散液中逐滴滴加25mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的過(guò)氧化氫溶液(雜質(zhì)含量彡0.005%)，滴加速率為2mL/min ；
滴加結(jié)束，再經(jīng)過(guò)5分鐘后，停止磁力攪拌；
(3)將上述分散液進(jìn)行超聲波處理，超聲波的功率為420W，超聲時(shí)間為30分鐘；
(4)將超聲波處理過(guò)的分散液進(jìn)行離心，用去離子水反復(fù)洗滌，直至硫酸根完全除去(用0.25mol/L氯化鋇溶液檢驗(yàn))；
(5)對(duì)洗滌過(guò)的分散液進(jìn)行真空干燥，干燥溫度為60°C，干燥時(shí)間為10小時(shí)，獲得石墨烯固體粉末0.426g，產(chǎn)率為85.2%
由石墨烯的TEM圖(附圖1)與SEM (附圖3)可知實(shí)例I制備的石墨烯呈片層結(jié)構(gòu)，大部分層數(shù)在10以下，表面有少許褶皺，證明石墨被剝離成為石墨烯，同時(shí)被氧化；
由石墨烯選區(qū)電子衍射圖(附圖2，選區(qū)來(lái)自附圖1中黑點(diǎn)標(biāo)注區(qū))可知實(shí)例I制備的石墨烯的晶型比較完整。
[0015]由石墨烯的Raman圖(附圖4、5和6)可知實(shí)例中制備的石墨烯的氧化程度較低，缺陷較少。
[0016]實(shí)施例2—種石墨烯的制備方法。
[0017](I)將0.5g天然鱗片石墨粉(石墨含量彡99.0%)與75mL甲基磺酸(純度彡96.0%)在磁力攪拌作用下混合，得到石墨-甲基磺酸分散液；
(2)繼續(xù)磁力攪拌，向上述的分散液中逐滴滴加55mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的過(guò)氧化氫溶液(雜質(zhì)含量彡0.005%)，滴加速率為2mL/min ；
滴加結(jié)束，再經(jīng)過(guò)10分鐘后，停止磁力攪拌；
(3)將上述分散液進(jìn)行超聲波處理，超聲波的功率為280W，超聲時(shí)間為60分鐘；
(4)將超聲波處理過(guò)的分散液進(jìn)行離心，用去離子水反復(fù)洗滌，直至硫酸根完全除去(用0.25mol/L氯化鋇溶液檢驗(yàn))；
(5)對(duì)洗滌過(guò)的分散液進(jìn)行真空干燥，干燥溫度為60°C，干燥時(shí)間為24小時(shí)，獲得石墨烯固體粉末0.435g，產(chǎn)率為87.0%
實(shí)施例3—種石墨烯的制備方法。
[0018](I)將0.5g天然鱗片石墨粉(石墨含量彡99.0%)與60mL乙基磺酸(純度彡96.0%)在磁力攪拌作用下混合，得到石墨-乙基磺酸分散液； (2)繼續(xù)磁力攪拌，向上述的分散液中逐滴滴加45mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的過(guò)氧化氫溶液(雜質(zhì)含量彡0.005%)，滴加速率為2mL/min ；
滴加結(jié)束，再經(jīng)過(guò)8分鐘后，停止磁力攪拌；
(3)將上述分散液進(jìn)行超聲波處理，超聲波的功率為350W，超聲時(shí)間為40分鐘；
(4)將超聲波處理過(guò)的分散液進(jìn)行離心，用去離子水反復(fù)洗滌，直至硫酸根完全除去(用0.25mol/L氯化鋇溶液檢驗(yàn))；
(5)對(duì)洗滌過(guò)的分散液進(jìn)行真空干燥，干燥溫度為60°C，干燥時(shí)間為15小時(shí)，獲得石墨烯固體粉末0.432g，產(chǎn)率86.4%
實(shí)施例4一種石墨烯的制備方法。
[0019](I)將0.5g天然鱗片石墨粉(石墨含量彡99.0%)與60mL甲基磺酸(純度彡96.0%)在磁力攪拌作用下混合，得到石墨-甲基磺酸分散液；
(2)繼續(xù)磁力攪拌，向上述的分散液中逐滴滴加45mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的過(guò)氧化氫溶液(雜質(zhì)含量彡0.005%)，滴加速率為2mL/min ;滴加結(jié)束，再經(jīng)過(guò)8分鐘后，停止磁力攪拌；
(3)將上述分散液進(jìn)行超聲波處理，超聲波的功率為350W，超聲時(shí)間為40分鐘；
(4)將超聲波處理過(guò)的分散液進(jìn)行離心，用去離子水反復(fù)洗滌，直至硫酸根完全除去(用0.25mol/L氯化鋇溶液檢驗(yàn))；
(5)對(duì)洗滌過(guò)的分散液進(jìn)行真空干燥，干燥溫度為60°C，干燥時(shí)間為15小時(shí)，獲得石墨烯固體粉末0.428g，產(chǎn)率85.6%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種石墨烯的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)按石墨粉質(zhì)量g與烷基磺酸的體積HiL的比為1: 100-150，將石墨粉與烷基磺酸溶液，在磁力攪拌下混合，得到石墨-烷基磺酸分散液；所述的石墨粉為天然鱗片石墨粉(石墨含量多99.0%);所述的烷基磺酸(純度多96.0%)為甲基磺酸、乙基磺酸中的任意一種； (2)繼續(xù)磁力攪拌，向上述的分散液中逐滴滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的過(guò)氧化氫溶液(雜質(zhì)含量< 0.005%)，滴加速率為2mL/min，滴加的過(guò)氧化氫的總體積是石墨-烷基磺酸分散液體積的50-75% ;滴加結(jié)束，再經(jīng)過(guò)5-10min，停止磁力攪拌； (3)將上述分散液進(jìn)行超聲波處理，超聲波的功率為280-420W，超聲時(shí)間為30-60min； (4)將超聲波處理過(guò)的分散液進(jìn)行離心，用去離子水反復(fù)洗滌，直至硫酸根完全除去(用0.25mol/L氯化鋇溶液檢驗(yàn))； (5)對(duì)洗滌過(guò)的分散液進(jìn)行真空干燥，干燥溫度為60°C，干燥時(shí)間為10-24小時(shí)，獲得石墨烯固體粉末。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種石墨烯的制備方法，將石墨粉與烷基磺酸在攪拌下混合成分散液，然后滴加過(guò)氧化氫溶液，經(jīng)超聲波處理得到石墨烯的分散液，然后離心、洗滌，干燥后可獲得石墨烯固體粉末。本發(fā)明制備的石墨烯可用做微電子學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、催化、儲(chǔ)能、傳感器材料以及多功能復(fù)合材料。
【IPC分類(lèi)】C01B31-04
【公開(kāi)號(hào)】CN104817068
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410434912
【發(fā)明人】張龍, 梅俊
【申請(qǐng)人】長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年8月5日
【申請(qǐng)日】2014年8月30日