[發明專利]石墨烯的制備方法

有效

• 申請號: 201210028749.8
• 申請日: 2012-02-09
• 公開（公告）號: CN103241727B
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 于淑會;孫蓉;陳日雄
• 申請（專利權）人: 中國科學院深圳先進技術研究院
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 吳平

【技術領域】

本發明涉及一種石墨烯的制備方法。

【背景技術】

石墨烯是一種在六角二維晶體結構上具有sp²-骨架單層原子厚度的碳材料。 與富勒烯、碳納米管相比，石墨烯被認為是最有前景的碳材料，其原料石墨的 來源豐富，自身具有電學、力學、熱學和光學等方面優異的性能，在超級電容 器、鋰離子電池、液晶裝置、晶體管和傳感器等領域有著諸多潛在應用。然而， 高質量、大規模制備石墨烯鱗片是目前石墨烯應用最大的瓶頸。傳統的公開報 道制備石墨烯的方法主要為：化學氣相沉積、外延氣相沉積生長、微機械剝落 以及制備膠體分散液還原。其中膠體分散液還原是最易于實現規模化制備石墨 烯的方法，其主要是通過制備氧化石墨后剝落還原，或者通過向石墨或氧化石 墨等石墨衍生物插入有機物等使其易于分離，再超聲剝離為單層片狀石墨烯。 已有較多文獻公開報道利用液相法在純水溶液、DMF或者和水的混合液、碳酸 乙烯酯等溶劑中制備石墨烯。液相法被認為是規模化低成本制備石墨烯材料的 最有前景的方法。在這些極性溶劑中，氧化石墨在水溶液中易于剝離分散形成 膠體溶液，但還原制備石墨烯時易于團聚結塊，并且難于洗滌分離出產物。

【發明內容】

基于此，有必要提供一種還原過程中石墨烯不易結塊、且易于分離出石墨 烯的石墨烯的制備方法。

一種石墨烯的制備方法，包括如下步驟：

制備氧化石墨烯的膠體溶液；

向所述膠體溶液中加入中性鹽，混勻后得到氧化石墨烯中性鹽溶液；

向所述氧化石墨烯中性鹽溶液中加入還原劑，加熱還原得到所述石墨烯。

優選的，所述制備氧化石墨烯的膠體溶液包括如下步驟：

將氧化石墨與溶劑在研缽中混合，研碎得到膠狀物；

將所述膠狀物加入到溶劑中進行超聲剝離得到所述氧化石墨烯的膠體溶 液。

優選的，所述溶劑為水、醇或者水與醇的混合物。

優選的，所述膠體溶液中氧化石墨烯的濃度為0.05～4mg/mL。

優選的，向所述膠體溶液中加入中性鹽是以中性鹽化合物單體或者中性鹽 溶液形式加入。

優選的，所述中性鹽為氯化鉀、氯化鈉、硫酸鉀及硫酸鈉中的至少一種。

優選的，所述氧化石墨烯中性鹽溶液中中性鹽的濃度為0.1～6mol/L。

優選的，所述還原劑為水合肼、硼氫化鈉或溴化氫。

優選的，所述加熱還原的溫度為80～120℃，時間為2～48小時。

通過向氧化石墨烯的膠體溶液中加入中性鹽，中性鹽電離出來的正離子可 以與氧化石墨烯表層的氧作用，形成化合鍵結構，并形成絮狀化合物，還原時 由于正離子的存在，氧化石墨烯片層相互排斥，不聚合而得到穩定的片狀石墨 烯；另外，添加中性鹽后，溶液的浮力大大增加，也有利于還原后得到的石墨 烯在溶液中漂浮，而難以沉降形成塊狀，從而還原后可以得到具有良好分散性、 不結塊的石墨烯，制得的石墨烯比表面積大于等于600m²/g。

【附圖說明】

圖1為一實施方式的石墨烯的制備方法的流程圖；

圖2為氧化石墨在溶液中的剝離和還原示意圖，(a)→(b)所示為在水溶液中 的還原過程，(a)→(c)→(d)所示為在中性鹽溶液中的還原過程；

圖3為實施例1制得的石墨烯的SEM圖片；

圖4為實施例1制得的石墨烯的TEM圖片；

圖5為實施例1制得的石墨烯的與氧化石墨的TGA表征結果；

圖6為實施例1制得的石墨烯的與氧化石墨的紅外光譜表征結果；

圖7為對比例1制得的石墨烯的SEM圖片。

【具體實施方式】

下面主要結合附圖及具體實施例對石墨烯的制備方法作進一步詳細的說 明。

如圖1所示，一實施方式的石墨烯的制備方法，包括如下步驟：

步驟S10，制備氧化石墨烯的膠體溶液：

首先制備氧化石墨，可以采用如下方法：將濃硫酸與石墨粉在反應器中混 合均勻，加熱至70～80℃氧化4小時，冷卻后超聲2小時，再用去離子水稀釋、 洗滌、烘干，得到預處理的石墨粉；根據Hummer氧化法將其與濃硫酸，硝酸 鈉和高錳酸鉀混合氧化，制備得到充分氧化的氧化石墨。氧化石墨的制備方法 不限于此。