[發明專利]一種石墨烯的制備方法和使用該方法制備的石墨烯

無效

• 申請號: 201210066921.9
• 申請日: 2012-03-13
• 公開（公告）號: CN102815694A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發明（設計）人: 關士友;崔佳佳;王麗俠;劉婷婷;周敏
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04;B82Y40/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

【技術領域】

本發明涉及石墨烯技術領域，具體地說，本發明涉及一種石墨烯的制備方法和使用該方法制備的石墨烯。

【背景技術】

石墨烯(Graphene)是繼富勒烯、碳納米管之后一種新近為人類所認識的碳元素的同素異形體。石墨烯是一種碳原子以sp²雜化軌道成鍵，以六元環結構形成的單層二維蜂窩狀晶格結構的碳材料。石墨烯的這種獨特的結構給它帶來了一系列新穎、特殊的性質，比如無色透明(吸收光強度僅為2.3％)、導電率高(單層石墨烯導電率與銅相近)、力學性能優異(抗拉強度可達50～200GPa，彈性模量可達1TPa，單層石墨烯的抗拉強度是同等厚度鋼片的100倍)。以上特性使得石墨烯在觸摸屏、太陽能電池、航空航天材料等諸多新能源、新材料領域具有廣闊的應用前景。因此石墨烯的制備及其性質研究已成為近年來納米科學研究中的熱點。

石墨烯的制備方法歸納起來，主要有微機械剝離法、化學氣相沉積法(CVD)、還原氧化石墨法等。

其中，微機械剝離法是最早成功制備出石墨烯的方法。該方法是利用膠帶的反復撕揭把石墨烯片從高定向熱解石墨中分離出來(K.S.Novoselov，et?al.Science，306，666(2004))，雖然采用該方法可以制備出高品質的石墨烯，但該方法原料昂貴，制備過程耗時嚴重，無法實現大規模生產。

化學氣相沉積法是在高溫碳氫化合物(如甲烷)氣氛下，使碳氫化合物中的碳沉積到過渡金屬基板上從而制得石墨烯(Jessica?Campos-Delgado，et?al.Nano?Letters，8，9(2008))。該方法可以制得尺寸較大的石墨烯材料，但是，制造成本過高且所得的石墨烯產品層數難以控制，進而限制了產品的應用。

還原氧化石墨法是目前大量制備石墨烯的主要方法。該方法先將石墨氧化，然后通過剝離得到氧化石墨烯，最后將得到的氧化石墨烯通過還原得到石墨烯。該法雖然能大量制備石墨烯(Vincent?C.，et?al.Nat?Nanotech，4，25(2008))，但是，由于該法涉及氧化、還原過程，最終所得石墨烯仍會含有部分氧化基團，這些氧化基團破壞了石墨烯的sp²結構，會對石墨烯的性能，特別是導電性能造成嚴重影響。

為解決上述制備方法存在的問題，目前國內存在的相關專利部分舉例如下。

中國專利申請號：200910084879.1，專利名稱：石墨烯的制備方法。該發明方法是通過碳納米管和氧化劑在離子液體中反應而制得石墨烯。該方法步驟簡單，易于操作，適合大規模工業生產。

中國專利申請號：200880112966.7，專利名稱：一種二維單層石墨烯的制備方法。該發明先制備單層石墨烯用的催化劑，之后在惰性氣體環境下向裝有催化劑的容器中通入碳源高溫裂解制得二維單層石墨烯。

綜上所述，目前制備石墨烯的技術還不能滿足制備方法簡單、成本低廉、產品性能穩定可控等工業化基本要求，這就極大的限制了石墨烯在更大范圍、更廣闊領域的應用。

【發明內容】

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種石墨烯的制備方法和使用該方法制備的石墨烯。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

一種石墨烯的制備方法，以石墨為原料，通過在石墨層間插入金屬制得石墨層間化合物，然后剝離所述石墨層間化合物而制得石墨烯。

所述的石墨的選擇并無特殊限制，可包括天然石墨、人造石墨，具體來說，包括天然鱗片石墨、高定向熱解石墨或特殊球形石墨等。因此可達到原料來源廣泛、成本低廉的目的。

所述的插入金屬為堿金屬、堿土金屬、稀土金屬中的一種、兩種或兩種以上：

所述的堿金屬為鋰(Li)、鈉(Na)、鉀(K)、銣(Ru)、銫(Cs)、鈁(Fr)；

所述的堿土金屬為鈹(Be)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鍶(Sr)、鋇(Ba)、鐳(Ra)；

所述的稀土金屬為鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、钷(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、镥(Lu)、鈧(Sc)、釔(Y)；

也可以是選自前述金屬中兩種或兩種以上，如：鋰(Li)/鈣(Ca)，鉀(K)/鎂(Mg)，鉀(K)/鈧(Sc)，鎂(Mg)/鈣(Ca)，鋰(Li)/鎂(Mg)/鑭(La)等。