[發明專利]油相中高濃度合成石墨烯的方法

有效

• 申請號: 201210337818.3
• 申請日: 2012-09-13
• 公開（公告）號: CN102826541A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 王儲備;周建偉;戚航;褚亮亮;蘇新梅
• 申請（專利權）人: 新鄉學院
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 時立新

技術領域??

本發明涉及石墨烯的合成方法，尤其涉及油相中高濃度的合成石墨烯的方法，屬磷化學領域。

背景技術???

自從2004年，Andre?Geim和Konstantin?Novoselov用機械剝離法首次分離出單層石墨烯以來，石墨烯的合成不斷推陳出新，其中有微機械分離法、氧化還原法、加熱SiC法、化學氣相沉淀法。受到制備成本和制備條件限制，氧化還原法占有重要地位，是應用較多的方法。

氧化還原法生成石墨烯的步驟是在水相中進行，若氧化石墨的濃度過高，容易造成石墨烯重新聚合成石墨，所以只能采用低濃度合成少量的石墨烯。同時產生大量廢水，通常生產單位質量的石墨烯，所產生的廢水在其50倍以上。有文獻報道，添加分散性物質，提高反應物氧化石墨的濃度，但濃度還是不夠高，達不到工業化生產的要求，不能大規模生產。而且分散性物質不僅增加成本，而且難以去除，也使石墨烯的純度和品質下降。

綜合各種文獻和相關專利，石墨烯的生產方法普遍存在產量小，雜質多，產生廢水多，還原劑毒性大等缺點。急需對其生產方法進行改進，而在油相中合成石墨烯，可以大幅度提高產量，不僅不產生大量廢水，溶劑可以回收再使用，不需要添加分散性物質，不會引入雜質，至今沒有發現在有機溶劑中生產石墨烯的報道。

發明內容

為了從根本上避免石墨烯產量小，不能大規模放大，污水排量大，使用肼等有毒還原劑等缺點，本發明要解決的問題是提供油相中合成石墨烯的新方法，在常溫條件下，大量還原氧化石墨，便于工業化生產。

為實現本發明目的，本發明在油相中還原氧化石墨制備石墨烯的方法通過下述步驟實現：

第一步，氮氣保護下，在有機溶劑中加入一定量干燥研細的氧化石墨，在超聲波作用下，將氧化石墨剝離和分散。

第二步，冷卻反應液，加入還原劑三氯化磷，進行還原，加入醇類物質，加熱回流至反應完全。蒸出大部分溶劑，該溶劑可再次用于第一步。

第三步，將產物倒入水中，過濾，干燥得到石墨烯。

所述有機溶劑為鹵代烴類、烴類、酯類、醚類等，如二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷、1，2-二氯乙烷、苯、甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、四氫呋喃、乙腈等。所述的醇類物質為C1-20的一元醇或多元醇，如乙醇，乙二醇，甲醇，丙醇，丙二醇，丁醇等。

優選如下條件：

所述第一步中，超聲的功率為10瓦到1000瓦，分散時間為5~60分鐘。

所述第一步中，反應液的濃度為每100毫升溶劑加入1~40克氧化石墨。

所述第二步中，冷卻反應液至0~-100℃；

所述第二步中，還原劑三氯化磷的加入量是氧化石墨干重的0.1~100倍。

本發明采用有機溶劑合成石墨烯，溶劑可以回收再使用，不僅避免了大量廢水的產生，而且不需要添加分散性物質，不會引入雜質，大幅度提高了石墨烯的產量和質量。使用無毒還原劑三氯化磷，有利于環境保護，簡化合成過程，降低成本。

本發明生產的石墨烯可用于載體、電容、納米電子器件、炭質新材料、傳感器、儲能材料等。

具體實施方式

以下結合具體的實施例對本發明的技術方案作進一步說明：

合成方法如下：

實施例1

氮氣保護下，100mL三頸瓶中，加入1.0g氧化石墨烯，?10?mL的乙腈。在100瓦的功率下超聲60分鐘。?冷卻，在-8℃下，加8?mL?(約91.6mmoL?)的P?Cl₃，攪拌1h。加入乙醇4.5?mL?(約77.2mmoL?)，攪拌加熱回流4h后，倒入100mL水中，過濾，洗滌，干燥，得產品0.84g。

溶劑乙腈及蒸出的乙醇可再次回收利用。

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實施例2

氮氣保護下，100mL三頸瓶中，加入1.0g氧化石墨烯，?50?mL的乙酸乙酯。在500瓦的功率下超聲30分鐘。冷卻，?在-28℃，加8?mL?(約91.6mmoL?)的P?Cl₃，攪拌1h。加入丁醇7.8?mL?(約85.7mmoL?)，攪拌加熱回流2h后，倒入100mL水中，過濾，洗滌，干燥，得產品0.78g。

溶劑乙酸乙酯及蒸出的丁醇可再次回收利用。