)向所述化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器的腔體中通入氮?dú)?，氮?dú)獾牧髁繛?0sCCm，加熱所述反應(yīng)沉積部件，同時給所述反應(yīng)沉積部件施加驅(qū)動力使所述反應(yīng)沉積部件以100r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)過程中所述反應(yīng)沉積部件的旋轉(zhuǎn)面與所述反應(yīng)沉積部件的長度方向垂直，以20 °C /min的升溫速率將反應(yīng)體系的溫度升溫至280 °C ；
[0122](4)在50sCCm的氮?dú)鈿夥障?，向所述腔體中通入碳源，所述碳源為丙炔，其流量為150sccm，繼續(xù)加熱所述反應(yīng)沉積部件至所述反應(yīng)體系的溫度為500°C，恒溫30min ；
[0123](5)停止通入碳源，在保持以50sccm的流量通入氮?dú)獾那闆r下，以20°C /min的降溫速率將反應(yīng)體系降溫至室溫，得到石墨烯；
[0124](6)收集所述石墨稀，采用酸溶液酸洗40min去除所述石墨稀表面的納米催化劑，對所述石墨烯進(jìn)行干燥處理后，通入CO2氣體去除無定形碳，得到純化后的石墨烯，其中所述酸溶液是體積比為1:1的質(zhì)量濃度20%的硝酸溶液和10%的硫酸溶液混合得到。
[0125]實(shí)施例5中，所述石墨烯的產(chǎn)率為88 %，本發(fā)明實(shí)施例2所制備的石墨烯的層與層之間彎曲形成布袋狀，所述石墨烯的片層尺寸為30 μ m，厚度約為l_2nm，石墨烯的層數(shù)為4-6 層。
[0126]對比實(shí)施例1-4
[0127]為體現(xiàn)為本發(fā)明的創(chuàng)造性，本發(fā)明還設(shè)置了實(shí)施例1的對比實(shí)施例1、2，對比例1、2與實(shí)施例1的不同之處在于，僅僅是反應(yīng)沉積部件的轉(zhuǎn)速不同，其他條件都一樣，其中對比例I中反應(yīng)沉積部件的轉(zhuǎn)速為2r/min，對比例2中反應(yīng)沉積部件的轉(zhuǎn)速為300r/min。對比實(shí)施例1、2的結(jié)果如下:
[0128]對比實(shí)施例1中，所得產(chǎn)物的產(chǎn)率為60%，對I所得產(chǎn)物的層與層之間的彎曲度較小，所得產(chǎn)物的片層尺寸為30 μ m，厚度約為10nm，所得產(chǎn)物的層數(shù)為18-20層；
[0129]對比實(shí)施例2中，所得產(chǎn)物的產(chǎn)率為70%，所得產(chǎn)物的形貌類似于球形，所得產(chǎn)物的片層尺寸為0.2 μ m，厚度約為lOOnm，所得產(chǎn)物的層數(shù)大于20層。而根據(jù)中國石墨烯第I號標(biāo)準(zhǔn)《石墨烯材料的名詞術(shù)語與定義》，層數(shù)在10層以上不在石墨烯定義中，對比例1、2所得產(chǎn)物已不能算作石墨烯，屬于多層的石墨。
[0130]所述石墨烯的片層尺寸主要是由所用催化劑和所述反應(yīng)沉積部件的的旋轉(zhuǎn)速度共同決定，所述石墨烯的厚度與所用催化劑及其他工藝參數(shù)(如碳源、升/降溫速率等)有關(guān)。由以上對比可知，在使用納米催化劑的情況下，當(dāng)其他條件不變時，當(dāng)反應(yīng)沉積部件的轉(zhuǎn)速過小時，催化劑幾乎相當(dāng)于靜置在反應(yīng)腔體內(nèi)，所得石墨烯的片層尺寸較大，產(chǎn)物的彎曲程度較?。欢?dāng)反應(yīng)沉積部件的轉(zhuǎn)速較大時，碳源不能有效在三維空間內(nèi)與催化劑接觸，碳源與催化劑的接觸面積增大不明顯，所得石墨烯的產(chǎn)率大大降低，導(dǎo)致所得產(chǎn)物的片層尺寸較小，且層數(shù)多，所得產(chǎn)物已不能稱之為石墨烯，而是屬于多層的石墨，其相關(guān)的物化性質(zhì)有較大的區(qū)別。
[0131]本發(fā)明還設(shè)置了實(shí)施例2的對比實(shí)施例3、實(shí)施例4的對比實(shí)施例4，其中，對比實(shí)施例3所用催化劑為非納米級的T12,反應(yīng)沉積部件的轉(zhuǎn)速也為50r/min，其余條件與實(shí)施例2 —樣；對比實(shí)施例4所用催化劑為非納米級的(MgO和Fe3O4)，反應(yīng)沉積部件的轉(zhuǎn)速也為150r/min，其余條件與實(shí)施例4 一樣。各對比實(shí)施例的結(jié)果如下:
[0132]對比例3中，所得產(chǎn)物的產(chǎn)率為26%，所得產(chǎn)物的形貌為片狀，片層尺寸為60 μ m，厚度約為15nm，所得產(chǎn)物的層數(shù)為大于10層；
[0133]對比例4中，所得產(chǎn)物的產(chǎn)率為20%，所得產(chǎn)物的形貌是片狀，片層尺寸為100 μ m，厚度約為10nm，所得產(chǎn)物的層數(shù)為大于10層。
[0134]由對比例3、4可知，在其他條件相同的情況下，當(dāng)所用催化劑為非納米級時，即使是對反應(yīng)沉積部件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，由于非納米催化劑的比表面積較小，較納米催化劑而言，與碳源分子發(fā)生碰撞的幾率較小，催化效率不高，因此產(chǎn)物的產(chǎn)率大大降低，同時得到的產(chǎn)物的層數(shù)較多(大于10層)，不屬于石墨烯，而是屬于多層的石墨。
[0135]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【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)取納米金屬粉末和納米金屬氧化物粉末中的至少一種作為納米催化劑負(fù)載于反應(yīng)沉積部件表面； (2)將所述反應(yīng)沉積部件放入化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器的腔體中并與所述腔體內(nèi)壁連接，所述反應(yīng)沉積部件用于在旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下沉積反應(yīng)生成的石墨烯； (3)向所述化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器的腔體中通入保護(hù)氣體，加熱所述反應(yīng)沉積部件，同時給所述反應(yīng)沉積部件施加驅(qū)動力使所述反應(yīng)沉積部件以10-200r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)過程中所述反應(yīng)沉積部件的旋轉(zhuǎn)面與所述反應(yīng)沉積部件的長度方向垂直，將反應(yīng)體系的溫度升溫至200-300 °C ； (4)在所述保護(hù)氣體氣氛下，向所述腔體中通入碳源，所述碳源的流量為50-300sCCm，繼續(xù)加熱所述反應(yīng)沉積部件至所述反應(yīng)體系的溫度為400-800°C，恒溫10-30min ； (5)停止通入碳源，在保持保護(hù)氣體通入的情況下，將反應(yīng)體系的溫度降溫至室溫，得到石墨稀。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括如下對石墨烯的純化操作: 收集所述石墨稀，采用質(zhì)量濃度為5-50%的酸溶液去除所述石墨稀表面的納米催化劑，對所述石墨烯進(jìn)行干燥處理后，通入CO2氣體去除無定形碳，得到純化后的石墨烯，其中，所述酸溶液為硝酸、鹽酸、硫酸和氫氟酸中的一種或多種。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述反應(yīng)沉積部件的內(nèi)部設(shè)置有電阻絲，所述加熱為對所述反應(yīng)沉積部件通電使所述反應(yīng)沉積部件發(fā)熱。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)為通過對所述反應(yīng)沉積部件施加電流或手動轉(zhuǎn)動使所述反應(yīng)沉積部件旋轉(zhuǎn)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(I)中，所述納米催化劑為Si，Al，Ni，Cu，Ag，Co，F(xiàn)e，Mg，Ti，V，Y，Ga，In，Sn和Mo中的一種或多種構(gòu)成的金屬或金屬氧化物。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(3)中，所述反應(yīng)沉積部件的旋轉(zhuǎn)速度為 50_150r/mino
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述保護(hù)氣體為N2和Ar的一種或多種，所述保護(hù)氣體的流量為50-500sccm。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(4)中，所述碳源為甲醇、乙醇、丙醇、乙烯、丙烯、乙炔和丙炔中的一種或多種。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(3)中，所述升溫的升溫速率為10-500C /min，步驟(5)中，所述降溫的降溫速率為10_50°C /min。
10.—種如權(quán)利要求1-8所述的方法制備的石墨烯，其特征在于，所述石墨烯的層與層之間彎曲形成中空的布袋狀，所述石墨烯的片層尺寸為0.5-50 μπι，石墨烯的厚度為.0.3_5nm0
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種石墨烯的制備方法，該方法是將納米級的金屬和/或金屬氧化物催化劑粘附于可旋轉(zhuǎn)的反應(yīng)沉積部件上，通入可分解為碳和氫氣的碳源，使碳源在納米級催化劑的作用下裂解生成石墨烯，由于反應(yīng)沉積部件可以旋轉(zhuǎn)，碳源可與催化劑實(shí)現(xiàn)三維、動態(tài)的接觸，可沉積的石墨烯的數(shù)目較多，另外，納米級的催化劑對碳源的催化效率更高，可有效實(shí)現(xiàn)厚度均勻、層數(shù)可控的高質(zhì)量石墨烯的制備。該方法工藝簡單，解決了現(xiàn)有化學(xué)氣相沉積技術(shù)中催化劑靜止放置而石墨烯沉積數(shù)目少、催化劑尺寸較大而催化效率不高的問題。本發(fā)明還提供了一種石墨烯，所述石墨烯的層與層之間彎曲形成中空的布袋狀，該結(jié)構(gòu)的石墨烯具有良好的儲氫、儲鋰功能。
【IPC分類】C01B31-04
【公開號】CN104843691
【申請?zhí)枴緾N201510213993
【發(fā)明人】孔令涌, 尚偉麗, 方東升
【申請人】深圳市德方納米科技股份有限公司, 佛山市德方納米科技有限公司
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年4月30日