[發明專利]一種石墨烯薄膜的制備方法

無效

• 申請號: 201110004775.2
• 申請日: 2011-01-11
• 公開（公告）號: CN102051651A
• 公開（公告）日: 2011-05-11
• 發明（設計）人: 羅勝聯;劉承斌;唐艷紅;劉榮華;滕雅蓉;張甘;張錫林
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: C25D9/08
• 分類號: C25D9/08
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 顏勇

技術領域：

本發明涉及一種石墨烯薄膜的制備方法。

背景技術：

自從發現石墨烯以來，由于其優異的機械、電子和熱穩定性能，石墨烯在電子器件、電極、電容器、傳感器及復合材料方面應用受到人們廣泛重視，成為當前國際熱門研究領域。石墨烯的應用以低成本、高產率、高質量石墨烯的制備為前提。目前石墨烯的制備方法主要有機械剝離法、外延生長法、化學氣相沉積法和溶液加工法等。機械剝離法是用透明膠帶剝離水解石墨，可得到最高質量的石墨烯，但產量低，不適合大規模應用；外延生長法是將碳化硅單晶在高溫、高真空條件下熱解生成石墨烯片層，得到的石墨烯質量高，但尺寸較小，且需要昂貴的材料和設備；化學氣相沉積法是將有機小分子在高溫、高真空條件下裂解、碳化在過渡金屬基底表面生成石墨烯片層，同樣設備昂貴，不利于大規模應用；溶液加工法是先將石墨粉氧化、剝離成氧化石墨烯，再采用化學試劑如水合肼、硼氫化鈉等還原氧化石墨烯成石墨烯，這種方法成本低廉，可批量生產石墨烯，但石墨烯平面上的含氧基團不能徹底還原除去，此結構缺陷導致石墨烯的電子傳輸性能受到影響，且水合肼為有毒化合物。盡管這樣，溶液加工方法仍不適為極具應用前景的方法，在大面積薄膜器件及石墨烯復合材料的制備方面受到重視。為了避免化學還原試劑的毒性及對產物的污染，現有文獻發展出了綠色的還原方法，如電化學還原、光化學還原及熱還原等。另外，現有文獻報道的電化學還原需要兩步，即先將氧化石墨烯的水分散液滴涂、蘸涂、旋涂或電泳沉積到電極表面，再采用循環伏安法或恒電位法還原氧化石墨烯，得到石墨烯薄膜，但該薄膜厚度卻難以控制。

發明內容

本發明的目的在于提供一種有利于得到連續、厚度可控、質量好的石墨烯薄膜的制備方法。本發明石墨烯薄膜制備方法具有工藝簡單、操作方便、制備工藝對環境友好，相對于現有技術，本發明的方法具有簡單實用且高效的優勢。

石墨烯薄膜在電子器件、電極、電容器、傳感器及復合材料等領域有著潛在的廣闊應用前景。由于石墨烯是一種新型的材料，有關石墨烯的研究目前集中在大面積單片石墨烯的制備，而石墨烯多層聚集態的薄膜制備方法最近才出現一些報道(見“背景技術”部分)，本發明的制備方法也是發明人首次采用一步電化學還原沉積氧化石墨烯制備得到連續、厚度可控、質量好的石墨烯薄膜。

本發明的目的通過下述方式實現的。

以導電基底作為工作電極，將工作電極、對電極和參比電極置于氧化石墨烯的水分散液中，將氧化石墨烯還原電沉積至工作電極表面。

所述的電沉積的方式包括循環伏安方式、恒電位方式、脈沖電流方式或脈沖電壓方式。

導電基底選自金電極、玻碳電極、銅電極、鉑電極、鎢電極、銅鎢合金電極、銀鎢合金電極、鑄鐵電極、鈰鎢電極、鑭鎢電極、釷鎢電極、鋯鎢電極或金屬-金屬氧化物復合材料電極。

金屬-金屬氧化物復合材料選自鈦-二氧化鈦、鋁-氧化鋁、銅-氧化銅、鉛-氧化鉛、鎢-氧化鎢、鋅-氧化鋅或鐵-氧化鐵。

所述的水分散液的pH值為2.6-9.9。

對電極選自Pt，Pd等惰性金屬。

參比電極選自SCE、Ag/AgCl等標準電極。

通過本發明的方法可以一步電化學還原氧化石墨烯水分散液的方法在導電基底表面制備出連續、厚度可控、質量好的石墨烯薄膜。本發明的石墨烯薄膜制備方法操作更簡單，制備工藝對環境友好，相對于現有技術，本發明的方法具有簡單實用且高效的優勢。

發明人通過研究結果發現，采用本發明的方法可以通過電沉積時間、循環次數、電壓大小或電流大小來可控薄膜厚度、根據電極尺寸來可控薄膜尺寸，并且電極表面同處于相同的外界環境，使得電極表面各處的薄膜形態結構具有均勻性和連續性(見附圖)。通過本發明的方法制備得到石墨烯薄膜可廣泛用于傳感器、晶體管、透明電極、電容器、催化劑及復合材料等領域。

附圖說明

圖1為實施例1中電沉積在鈦-二氧化鈦納米管陣列復合材料電極表面的石墨烯薄膜掃描電鏡圖。

圖2為實施例2中電沉積在鈦-二氧化鈦納米管陣列復合材料電極表面的石墨烯薄膜掃描電鏡圖。

圖3為實施例3中電沉積在鋁-氧化鋁電極表面的石墨烯薄膜掃描電鏡圖。

圖4為實施例4中電沉積在鉑炭電極表面的石墨烯薄膜掃描電鏡圖。

圖5為實施例5中電沉積在鑄鐵電極表面的石墨烯薄膜掃描電鏡圖。

圖6為實施例6中電沉積在銅鎢合金電極表面的石墨烯薄膜掃描電鏡圖。

圖7為實施例7中電沉積在金電極表面的石墨烯薄膜掃描電鏡圖。

具體實施方式

以下實施例旨在說明本發明而不是對本發明的進一步限定。