[發明專利]一種制備石墨烯的方法

有效

• 申請號: 201110456632.5
• 申請日: 2011-12-31
• 公開（公告）號: CN102515154A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 付猛;岳艷娟;陳志剛
• 申請（專利權）人: 常州大學;蘇州科技學院
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04;B82Y40/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明涉及石墨烯，特指一種制備石墨烯的方法，屬于新型炭材料領域。

背景技術

石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以sp²雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的超薄及超硬二維材料，它可以包裹起來形成零維的富勒烯，卷起來形成一維的納米碳管，層層堆積形成三維的石墨，石墨烯具有優異的電學、熱學和力學性能，由于這些特性，石墨烯可望在高性能納米電子器件、復合材料、場發射材料、量子計算機、超靈敏傳感器、氣體傳感器及能量存儲等領域獲得廣泛應用。

石墨烯的可控規模化制備是實現其工業化應用的前提條件，目前石墨烯的制備方法主要有微機械分離法、氣相沉積法、有機合成法、化學還原法等；近年來，上述幾種不同制備石墨烯的方法雖然一直在改進，但都存在著諸多不足。如微機械分離法，不易控制所制片層的尺寸；氣相沉積法具有成本較高且工藝復雜、制備條件苛刻等缺點，不適用于大批量生產；化學還原法的難點在于氧化技術難于控制，后續的還原過程難于徹底，導致所制備石墨烯存在大量缺陷，使石墨烯部分性能喪失，且和有機合成法一樣，對環境污染較重；普通的水熱法制備石墨烯往往以改進Hummer法為先期工序，危險性較大，實驗過程不但用到大量強酸，而且成本高昂步驟繁瑣，鑒于此，尋找一種原料易得、成本低廉、綠色環保、操作簡便并可獲得高質量穩定石墨烯薄片的方法就迫在眉睫。

發明內容

針對技術背景中所闡述的現有制備技術的不足，本發明的目的旨在提供一種新的制備較大片單層或雙層石墨烯的方法，以解決操作難以控制，成本較高及污染環境等問題。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是：稱取硅酸鈉，加入去離子水溶解，每40mL去離子水中加入2.1~21.3g硅酸鈉，將膨脹石墨（EG）浸漬在硅酸鈉的水溶液中10min~120min，再稱取鋁酸鈉及氫氧化鈉，加入去離子水配制成溶液，每15mL去離子水中加入1.2g鋁酸鈉和0.3~4.5g氫氧化鈉，邊攪拌邊將溶液緩慢滴加至浸漬膨脹石墨的硅酸鈉水溶液中，EG、硅酸鈉、鋁酸鈉及氫氧化鈉的質量比為0.2~1.2∶2.1~21.3∶1.2∶0.3~4.5，室溫下靜置2~12h，然后移入以聚四氟乙烯為襯底的反應釜中，控制反應溫度80~200℃，水熱反應8~24h，待反應完成后，將產物過濾、洗滌、烘干，將此產物分散于乙醇中，再在循環冷水超聲條件下分散4~16h，得到穩定的分散物，過濾，烘干得石墨烯。

本發明的水熱制備法為制備較大片單層或雙層石墨烯提供了一條新途徑，操作簡單，易于控制，原料廉價易得且有利于環境保護。

附圖說明

圖1為實施例2所制得的石墨烯的AFM圖；

圖2為實施例2所制得的石墨烯的TEM圖；

圖3為實施例2所制得的石墨烯的Raman圖；

圖4為實施例2所制得的石墨烯的TG圖。

具體實施方式

本發明結合實例作進一步詳述：

實施例1：

先將鱗片石墨通過氧化插層，高溫膨化制得膨脹石墨，稱取2.1g硅酸鈉溶于40mL去離子水中，加入0.2g膨脹石墨，浸漬10min，得混合體系a，稱取1.2g鋁酸鈉及0.3g氫氧化鈉溶于15mL水中，得溶液b，將溶液b邊攪拌邊緩慢滴加入混合體系a中，攪拌10min，室溫靜置12h，然后倒入100mL反應釜中，160℃水熱反應8h，降至室溫，過濾洗滌烘干，加入50mL無水乙醇，超聲分散4h，過濾烘干得石墨烯。

實施例2：

先將鱗片石墨通過氧化插層，高溫瞬時膨化制得膨脹石墨，稱取10.7g硅酸鈉溶于40ml去離子水中，加入0.8g膨脹石墨，浸漬60min，得混合體系a，稱取1.2g鋁酸鈉及1.8g氫氧化鈉溶于15ml水中，得溶液b，將溶液b邊攪拌邊緩慢滴加入混合體系a中，攪拌10min，室溫靜置6h，然和倒入100ml反應釜中，120℃水熱反應12h，降至室溫，過濾洗滌烘干，加入50ml無水乙醇，超聲分散8h，過濾烘干得石墨烯。

圖1是實施例2制得的石墨烯AFM圖，從圖1中可以看出石墨烯的片層僅為2nm左右，由于石墨烯片與硅襯底間存在著0.5?~0.8?nm的空隙，且石墨烯邊緣區域存在翹曲及褶皺，所以石墨烯層與硅片層之間的距離偏大，由此推斷，本實驗所制得的石墨烯片多為單層或雙層。

圖2是實施例2制得的石墨烯TEM圖，從圖2可以看出石墨烯石墨烯片層邊緣整齊而完好，表面缺陷少，完整性較好，表明在經過插層及超聲處理后已獲得了較高質量的石墨烯。