[發明專利]羥基功能化石墨烯的低溫制備方法

無效

• 申請號: 201110093909.2
• 申請日: 2011-04-14
• 公開（公告）號: CN102225759A
• 公開（公告）日: 2011-10-26
• 發明（設計）人: 劉勇;曾超;戴黎明;瞿佳;陳浩
• 申請（專利權）人: 溫州醫學院
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04;B82Y40/00
• 代理公司: 溫州金甌專利事務所(普通合伙) 33237
• 代理人: 王堅強

技術領域

本發明涉及一種新型簡便的羥基功能化石墨烯的低溫制備方法，屬于新型碳納米材料領域。

背景技術

石墨烯是近年發現的一種二維碳原子結構，單層厚度僅為一個原子厚的石墨材料，并且已經成為目前最熱門的研究領域之一。石墨烯還是零維富勒烯、一維碳納米管以及三維石墨的基本結構單元，因而具有許多獨特的性質。如大的比表面積、優異的電子傳導性質、優異的機械性能以及超輕的質量。這些獨特的性質使其在生物技術和生命科學領域具有巨大的應用潛力，它還是制造納米電子器件——射頻晶體管的最佳材料。此外，其功能化的衍生物——氧化石墨烯也是一種重要的功能性材料。

現有的石墨烯的制備方法主要是化學氣相沉積法。化學氣相沉積法的主要過程是以碳氫化合物為原料，在充當催化劑的金屬膜上，高溫催化分解原料，在氫氣的存在下，從而在其表面得到一層石墨烯。但其需要較高的溫度，高溫下通入氫氣危險性較大以及雜質含量較多而限制了其應用。

發明內容

為解決現有的石墨烯制備方法存在需要高溫催化致使危險性較大的技術問題，本發明提供一種羥基功能化石墨烯的低溫制備方法。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

一種羥基功能化石墨烯的低溫制備方法，其特征在于：將石墨粉和氫氧化鉀固體加入到球磨罐體之中，然后在球磨罐體加入進行滾球，再將球磨罐放入球磨機中，在空氣鼓風及常溫條件下，以200-400轉/分的速度連續球磨10-16小時后，用去離子水將球磨產物轉移到樣品瓶內，然后再用去離子水將未反應的氫氧化鉀除去，直至溶液呈中性。

石墨粉和氫氧化物的重量比優選為1：15~1：20，最好是1：20。

本發明中的石墨粉的目數為-100。

本發明中滾球最好選用瑪瑙球。因為氫氧化鉀的堿性極高，腐蝕性很強，其他球體（如不銹鋼鐵球或者含鐵復合物球體）易被腐蝕。而瑪瑙球則不會被腐蝕

上述的瑪瑙球的直徑為3mm。

上述瑪瑙球加入量占瑪瑙球磨罐體積的五分之一。

本發明的有益效果是：采用上述方法，可以在常溫下獲得羥基石墨烯，該羥基石墨烯呈片層結構，其表面含有大量羥基官能團，石墨烯的內部結構保持完好，結晶程度較高。

附圖說明

圖1為本發明實施例制得的羥基化石墨烯的紅外光譜圖。

圖2為本發明實例制得的羥基化石墨烯的SEM圖。

圖3為本發明實例制得的羥基化石墨烯的XRD圖。

圖4為本發明球磨轉速考察的結果圖。

圖5為球磨時間考察的結果圖。

具體實施方式

將10mg規格為-100目的鱗片狀石墨粉和200mg氫氧化鉀固體，加入到250ml的瑪瑙球磨罐體之中，加入干燥的直徑為3mm的瑪瑙球進行球磨，加入量約占瑪瑙球磨罐體積的五分之一。然后將球磨罐放入球磨機中，在空氣鼓風及常溫條件下，以200-400轉/分的速度連續球磨10-16小時后，用10ml去離子水將球磨產物轉移到20ml的樣品瓶內。然后將其裝入透析袋內反復更換去離子水將未反應的氫氧化鉀除去，直至溶液呈中性。得到分散性良好的羥基石墨烯。

將分散液滴于平整的單晶硅片上，放入真空干燥箱內，真空度為0.1Pa，干燥過夜。通過傅里葉紅外光譜儀進行測量后得到石墨烯表面的化學結構；利用透射電子顯微鏡觀察其呈片層結構，X射線衍射分析發現羥基的接枝并沒有改變石墨烯的內部結構，結晶度良好。

從圖1中可以看出，與加入150mgKOH（即石墨粉和氫氧化物的重量比為1：15）相比，加入200mgKOH（即石墨粉和氫氧化物的重量比為1：20）球磨后，羥基峰明顯增強（3400cm-1附近），說明石墨烯表面含有更多的羥基官能團。

由圖2中可以看出，通過以上制備方法得到了片狀的石墨烯。

從圖3中我們可以得知，采用以上制備方法得到的石墨烯內部結晶度良好（峰細而尖），說明采用本方法制備的羥基石墨烯對其內部結構的破壞較小。

從圖4中可以看出，當轉速為200r/min的時候，得到石墨烯的產物最多（石墨烯的特征吸收峰約位于260nm左右）。

圖5.?a?圖中從左往右依次是球磨4h、8h、16h后產物剛轉移到去離子水中的分散情況，我們可以發現球磨4h后產物迅速出現沉淀，而球磨8h和16h的則呈現比較均勻的分散液。圖5.?b?圖是將上述三者溶液過夜靜置后的分散情況，發現過夜靜置后球磨8h的也出現沉淀，但球磨16h的依然呈現良好的分散狀態，從而確認最佳球磨時間為10-16h。