一種一步法制備羧基功能化石墨烯的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及功能化石墨締的制備方法，特別設(shè)及一種一步法制備簇基功能化石墨 締的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 石墨締具有理想的2D晶體結(jié)構(gòu)，其單原子厚度使其成為目前世界上最薄的材料。 石墨締特殊的結(jié)構(gòu)蘊(yùn)含著豐富而新奇的物理現(xiàn)象，使其展現(xiàn)出許多優(yōu)異性質(zhì)。石墨締特殊 的力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)和熱學(xué)等特性使其可W廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，例如石墨締在超級(jí)電容 器、電池、生物醫(yī)學(xué)、萃取、傳感器等領(lǐng)域表現(xiàn)出良好的應(yīng)用潛力。石墨締自發(fā)現(xiàn)至今，人們 在其制備方面取得了很大的進(jìn)展。目前為止石墨締的制備方法主要有物理方法和化學(xué)方法 兩大類，其中物理方法主要有機(jī)械剝離法、液相或氣相直接剝離法等，化學(xué)方法主要有化學(xué) 氣相沉積法、氧化-還原法、晶體外延生長(zhǎng)法、電弧放電法，其中氧化-還原法由于其成本較 低、制備工藝簡(jiǎn)單易控等特點(diǎn)而成為當(dāng)前制備石墨締最常用的方法之一。
[0003] 結(jié)構(gòu)完整的石墨締具有較大的芳香共輛結(jié)構(gòu)，大量石墨締片層聚集在一起時(shí)，石 墨締片層之間存在較大的范德華力，導(dǎo)致石墨締易團(tuán)聚、難溶于水和其他常用的有機(jī)溶劑， 運(yùn)將限制其優(yōu)異性能的發(fā)揮W及應(yīng)用。而功能化石墨締在最大程度地保持石墨締優(yōu)異性能 的同時(shí)，功能化官能團(tuán)的引入改進(jìn)其電化學(xué)性能及與其他介質(zhì)的相容性，有效地改善石墨 締易團(tuán)聚的問(wèn)題。
[0004] 專利號(hào)為CN104445163A的專利公開一種簇基化石墨締的制備方法，該方法先采 用水合阱在85~95°C溫度下冷凝回流對(duì)氧化石墨締懸浮液進(jìn)行還原得到石墨締懸浮液， 然后加入氨基苯基酸與亞硝酸異戊醋的醇溶液和強(qiáng)堿在70~80°C溫度下冷凝回流得到簇 基化石墨締，該方法的缺點(diǎn)在于：制備工藝較復(fù)雜，先W石墨為原材料制備氧化石墨締，然 后再還原得到石墨締，最后W石墨締為前驅(qū)體制備簇基化石墨締；反應(yīng)溫度略高；此外，氨 基苯基酸和亞硝酸異戊醋遇高熱、明火易燃且亞硝酸異戊醋燃燒時(shí)會(huì)放出有毒氣體，存在 安全隱患問(wèn)題；水合阱和氨基苯基酸都具有毒性，是環(huán)境不友好試劑。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽(yáng)0化]本發(fā)明的目的在于提出一種一步法制備簇基功能化石墨締的方法，通過(guò)一步反應(yīng) 工藝得到高純度、無(wú)團(tuán)聚的簇基功能化石墨締，避免采用高危險(xiǎn)性、環(huán)境不友好性原材料， 達(dá)到安全和環(huán)保的目的。
[0006] 為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0007] 一種一步法制備簇基功能化石墨締的方法，包括W下步驟：
[0008] (1)、將球磨滾珠加入到球磨罐中，使球磨滾珠占球磨罐容積的五分之二；
[0009] (2)、將天然鱗片石墨粉加入到球磨罐中，然后通入二氧化碳?xì)怏w使得天然鱗片石 墨粉質(zhì)量與二氧化碳?xì)怏w體積比為1: (20~60)g/mU密封球磨罐；
[0010] (3)、將球磨罐固定在高能行星球磨機(jī)上，在空氣鼓風(fēng)及常溫狀態(tài)下，W600~ 120化/min的轉(zhuǎn)速球磨24~4化得到樣品，通過(guò)分樣篩將樣品與球磨滾珠分離并轉(zhuǎn)移到燒 杯中.
[0011] (4)、往燒杯中加入適量的去離子水溶解稀釋，再加入適量的稀鹽酸除去樣品在球 磨過(guò)程中混入的鐵，最后將樣品離屯、洗涂至中性并除去雜質(zhì)；
[0012] 巧）、將樣品冷凍干燥化，冷凍溫度從-30°c線性升到20°C，得到簇基功能化石墨 締粉體。
[0013] 優(yōu)選的，步驟（2)中天然鱗片石墨粉目數(shù)為600目。
[0014] 優(yōu)選的，步驟（2)中天然鱗片石墨粉質(zhì)量與二氧化碳?xì)怏w體積比為l:60g/血。
[0015] 優(yōu)選的，步驟（3)中球磨罐W600~12(K)r/min轉(zhuǎn)速球磨的時(shí)間為36h。
[0016] 優(yōu)選的，步驟巧）中樣品升溫速率為0. 14°C/min。
[0017] 優(yōu)選的，球磨罐是不誘鋼球磨罐，球磨滾珠是不誘鋼鋼珠，球磨滾珠直徑為5mm。
[0018] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明通過(guò)簡(jiǎn)單的制備工藝得到高純度、無(wú)團(tuán)聚的簇基功能 化石墨締，該簇基功能化石墨締呈片層結(jié)構(gòu)，其表面含有大量簇基官能團(tuán)。簇基功能化石墨 締不僅具有石墨締本身的優(yōu)異性能，而且改善石墨締在溶劑中的團(tuán)聚問(wèn)題使其具有良好的 分散性。此外，本發(fā)明避免采用高危險(xiǎn)性、環(huán)境不友好性的原材料，安全、環(huán)保。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1為本發(fā)明制得的簇基功能化石墨締的FT-IR光譜圖；
[0020] 圖2為本發(fā)明制得的簇基功能化石墨締的TEM圖；
[0021] 圖3為本發(fā)明制得的簇基功能化石墨締的XPS圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] W下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明可W由權(quán)利要求限定 和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。
[0023] 本發(fā)明公開一種一步法制備簇基功能化石墨締的方法，包括W下步驟：向IOOmL 的不誘鋼球磨罐中加入直徑為5mm的不誘鋼球磨滾珠，不誘鋼球磨滾珠占不誘鋼球磨罐容 積的五分之二，再將3g規(guī)格為600目的天然鱗片石墨粉加入到其中，然后通滿二氧化碳?xì)?體并密封；將不誘鋼球磨罐固定在高能行星球磨機(jī)上，在空氣鼓風(fēng)及常溫狀態(tài)下，W600~ 12(K)r/min的轉(zhuǎn)速分別球磨24h、36h、4化后制得S組樣品，通過(guò)分樣篩將S組樣品與不誘 鋼球磨滾珠分離并轉(zhuǎn)移到燒杯中，加入適量的去離子水溶解稀釋，再加入適量的稀鹽酸除 去天然鱗片石墨粉在球磨過(guò)程中混入的微量鐵，最后將樣品離屯、洗涂至中性并除去雜質(zhì)， 冷凍干燥化，W0. 14°C/min的升溫速率將冷凍干燥后的樣品從-30°C線性升到20°C，便得 到=組簇基功能化石墨締粉體。
[0024] 取少量簇基功能化石墨締粉體，在70°C真空環(huán)境下干燥4h;將此簇基功能化石墨 締粉體溶解在無(wú)水乙醇中超聲0.化，獲得均勻的分散液。如圖1所示，通過(guò)FT-IR測(cè)試得到 =組簇基功能化石墨締的表面化學(xué)結(jié)構(gòu)；如圖3所示，通過(guò)得到簇基功能化石墨締表面 元素組成及含碳類型分布信息；如圖2所示，通過(guò)TEM觀察其呈表面權(quán)皺的片層結(jié)構(gòu)。
[00對(duì)從圖1可得，天然鱗片石墨粉質(zhì)量（g)與二氧化碳體積（mL)比是1:60的簇基峰 比1:20明顯增強(qiáng)，球磨3化時(shí)與4化時(shí)的簇基峰強(qiáng)度幾乎無(wú)區(qū)別。由此確定天然鱗片石墨 粉質(zhì)量（g)與二氧化碳體積（血）的最佳比例是1:60,最佳球磨時(shí)間是36h。
[0026] 天然鱗片石墨粉質(zhì)量（g)與二氧化碳體積（mL)比為1:60,球磨3化條件下制備的 簇基功能化石墨締的表面元素組成及含碳類型分布信息可由圖3可知，其數(shù)字結(jié)果列于表 Io
[0029] 從圖3和表1可W看出，天然鱗片石墨粉質(zhì)量（g)與二氧化碳體積（mL)比為1:60， 球磨36h時(shí)得到的簇基功能化石墨締的簇基官能團(tuán)的含量達(dá)到16. 7%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種一步法制備羧基功能化石墨稀的方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 、將球磨滾珠加入到球磨罐中，使球磨滾珠占球磨罐容積的五分之二； (2) 、將天然鱗片石墨粉加入到球磨罐中，然后通入二氧化碳?xì)怏w使得天然鱗片石墨粉 質(zhì)量與二氧化碳?xì)怏w體積比為1: (20~60)g/mL，密封球磨罐； (3) 、將球磨罐固定在高能行星球磨機(jī)上，在空氣鼓風(fēng)及常溫狀態(tài)下，以600~1200r/ min的轉(zhuǎn)速球磨24~48h得到樣品，通過(guò)分樣篩將樣品與球磨滾珠分離并轉(zhuǎn)移到燒杯中； (4) 、往燒杯中加入適量的去離子水溶解稀釋，再加入適量的稀鹽酸除去樣品在球磨過(guò) 程中混入的微量鐵，最后將樣品離心洗滌至中性并除去雜質(zhì)； (5) 、將樣品冷凍干燥6h，冷凍溫度從-30°C線性升到20°C，得到羧基功能化石墨烯粉 體。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一步法制備羧基功能化石墨稀的方法，其特征在于，步驟（2) 中天然鱗片石墨粉目數(shù)為600目。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一步法制備羧基功能化石墨稀的方法，其特征在于，步驟（2) 中天然鱗片石墨粉質(zhì)量與二氧化碳?xì)怏w體積比為l:60g/mL。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一步法制備羧基功能化石墨稀的方法，其特征在于，步驟（3) 中球磨罐以600~1200r/min轉(zhuǎn)速球磨的時(shí)間為36h。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一步法制備羧基功能化石墨稀的方法，其特征在于，步驟（5) 中樣品升溫速率為〇. 14°C/min。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一步法制備羧基功能化石墨稀的方法，其特征在于，球磨罐 是不銹鋼球磨罐，球磨滾珠是不銹鋼鋼珠，球磨滾珠直徑為5mm。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種新型的羧基功能化石墨烯的制備方法，具體步驟為：將天然鱗片石墨粉和球磨滾珠加到球磨罐中，通入CO2氣體并密封，然后固定到高能行星球磨機(jī)上，在空氣鼓風(fēng)及常溫下，以600-1200r/min的轉(zhuǎn)速球磨24-48h后，取出樣品洗滌并除雜，冷凍干燥6h便得到羧基功能化石墨烯，本發(fā)明制備的羧基功能化石墨烯不僅具有石墨烯本身的優(yōu)異性能，而且具有更好的分散性，改善了石墨烯在溶劑中易團(tuán)聚的問(wèn)題，本發(fā)明操作簡(jiǎn)便，不需要制備氧化石墨烯或石墨烯，直接以天然鱗片石墨為前驅(qū)體，一步反應(yīng)便可得到羧基功能化石墨烯；此外本方法的制備溫度低，CO2氣體的使用更環(huán)保。
【IPC分類】C01B31/04
【公開號(hào)】CN105271188
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510613444
【發(fā)明人】屈楊
【申請(qǐng)人】合肥國(guó)軒高科動(dòng)力能源有限公司
【公開日】2016年1月27日
【申請(qǐng)日】2015年9月23日