[發明專利]一種石墨單層片溶液及其制備方法

無效

• 申請號: 201010542472.1
• 申請日: 2010-11-11
• 公開（公告）號: CN102464314A
• 公開（公告）日: 2012-05-23
• 發明（設計）人: 韓寶航;周鼎;承倩怡
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 陳小蓮;王鳳桐

技術領域

本發明涉及一種石墨單層片溶液及其制備方法。

背景技術

石墨單層片(graphene)，俗稱石墨烯，由于其電學、熱學以及機械性能等方面的優勢，近年來倍受科研工作者的關注。基于石墨單層片的材料和器件，在儲能材料、生物傳感、氣體吸附及催化材料等諸多領域具有廣泛的應用前景。而作為這些材料和器件的構筑基元，石墨單層片能否實現高質量高產量的制備，也就成為這些材料和器件真正走向生產與應用的瓶頸和基石(Dreyer，D.；Park，S.；Bielawski，C.Chem.Soc.Rev.2010，39，228-240)。

目前，石墨單層片的制備方法主要可以分為五種：化學氣相沉積法、機械剝離法、外延生長法、化學合成方法和化學還原法。在這些方法中，前三種屬于物理方法，后兩種為化學方法。物理方法雖然可以獲得較為完美的石墨單層片，但產率低、成本較高、不適宜大量生產；化學合成方法，多環芳烴的合成步驟多、產率低、不能合成面積較大的石墨單層片；而化學還原法，即還原石墨單層片氧化物方法，是目前唯一能夠實現大量制備石墨單層片的方法，但這種方法也存在一定的不足：制備的石墨單層片存在一定缺陷，并且表面的含氧官能團也很難完全去除。

文獻(Nethravathi，C.；Rajamathi，M.Carbon?2008，46，1994-1998)提出采用溶劑熱法還原石墨單層片氧化物。溶劑熱法是指通過在密封的壓力容器中，將原料分散在有機溶劑中，然后在高溫高壓的條件下進行化學反應，是一種綠色的液相還原石墨單層片氧化物的方法。

溶劑熱法作為綠色的液相還原石墨單層片氧化物的方法得到了研究者的關注，然而，由于石墨單層片之間存在較強的范德華作用力，石墨單層片之間容易發生堆疊，從而發生聚集，這就限制了石墨單層片的進一步修飾與應用。針對石墨單層片易于發生聚集這個問題，一種解決方法是通過共價鍵或非共價鍵作用對石墨單層片進行修飾，使石墨單層片能夠很好的分散在溶劑里。

現有制備得到的石墨單層片溶液，因為在制備過程中引入了大量的還原劑和/或穩定劑，使得溶液并非為單純的石墨單層片溶液。同時，若不加入穩定劑修飾，石墨單層片溶液中石墨單層片的濃度也較低，從而限制了其進一步應用，因此探索一種能夠獲得高濃度的石墨單層片溶液的制備方法成為必然趨勢。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術制備得到的石墨單層片溶液容易發生堆疊和聚集，從而限制了石墨單層片的進一步修飾與應用的缺陷，提供一種高濃度且無需添加表面活性劑進行修飾的石墨單層片溶液及其制備方法。

本發明提供了一種石墨單層片溶液，其中，所述石墨單層片溶液含有有機溶劑和石墨單層片，所述有機溶劑為酰胺溶劑和/或烷酮溶劑，所述石墨單層片的濃度為0.06-0.6mg/mL。

本發明提供了一種制備石墨單層片溶液的方法，該方法包括，在密閉條件下，將濃度為0.1-1mg/mL的石墨單層片氧化物有機溶液在90-200℃下加熱2-12小時，進行熱處理；其中，所述石墨單層片氧化物有機溶液中的有機溶劑為酰胺和/或烷酮。