[發明專利]一種石墨烯的制備方法

有效

• 申請號: 201210347310.1
• 申請日: 2012-09-19
• 公開（公告）號: CN102862978A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 劉琦;紀云洲;李占峰;包金婷;陳林提;程美令
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 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

本發明屬于二維納米材料及其制備領域，特別涉及一種石墨烯的制備方法。

背景技術

石墨烯（Graphene）是sp²雜化碳原子在二維空間按照蜂窩狀網格排列而成的單原子層平面晶體，是構成富勒烯、碳納米管和石墨的基本單元，自從2004年英國曼徹斯特大學的A.Geim教授及其合作人員第一次制備成功至今，石墨烯作為材料科學和凝聚態物理領域迅速升起的新星，吸引了眾多科學家對于它各個方面的研究，研究表明，石墨烯的理論比表面積高達2630m²/g，楊氏模量為1100Gpa，斷裂強度為125Gpa，機械強度為1060Gpa，熱導率為5000W/m·k，室溫下電子遷移率為15000cm²/V·S，這些獨特優異的性能，使得石墨烯在傳感器、能量存儲及復合材料等領域具有廣泛的應用前景。

目前石墨烯的制備方法主要有：機械剝離法（K.S.Novoselov,et?al,Science,2004,306,666-669），化學氣相沉積法（A.Reina,et?al,Nano?Lett.,2009,9,30-35），外延生長法（P.W.Sutter,et?al,Nat.?Mater.,2008,?7,406-411），化學氧化還原法（D.Li,et?al,Nat.?Nanotechnol.,2008,?3,?101-105）；這些方法有各自的優點和缺點，機械剝離得到的石墨烯純度高，導電性好，但產率較低而且石墨烯的混合產物難以分離；化學氣相沉積法可以制備出高質量、大面積的石墨烯，外延生長法能夠制備出單層石墨烯，但這兩種方法需采用高溫高壓，實驗條件苛刻，操作工藝復雜，生產成本高；與前三種方法相比，化學氧化還原法具有操作工藝簡單、實驗條件溫和、生產成本低等有點，比較適合大規模生產。

目前文獻報道的化學還原氧化石墨烯制備石墨烯的還原劑主要有：水合肼（Stankovich?S,?et?al,J?Mater?Chem,2006,16,155-158）、對苯二酚（G.X.Wang，et?al,Carbon,2009,47,1359-1364）和硼氫化鈉（J.F.Shen,et?al,Chem.Mater.,2009,21,3514-3520）等；水合肼和對苯二酚的缺點是毒性大，滿足不了綠色環保的需要；硼氫化鈉由于它的易水解性，使得它的還原效率低下。因此，尋找綠色、高效、無毒的新還原劑及其適合工業生產石墨烯的制備方法亟待解決。

發明內容

本發明的目的在于提供一種石墨烯的制備方法，以滿足市場對石墨烯日益增長的需求，該方法的優點是氧化石墨的還原更充分，并且產物易分離，純化過程簡單；制備過程中不添加任何的穩定劑和分散劑，得到的石墨烯含雜質元素少；過程可控，周期短，常壓條件，設備簡單，適于工業生產，表現出優良性能，在催化、能量傳儲、傳感器等技術領域具有廣泛的應用前景。

本發明技術方案如下：

一種石墨烯的制備方法，其特征在于：將還原劑加入氧化石墨分散液中加熱進行反應，離心分離即得石墨烯，所述的還原劑為二苯胺磺酸鈉。

所述的氧化石墨分散液中的分散劑為去離子水，氧化石墨分散液濃度為0.25-1.5mg/mL。

所述的二苯胺磺酸鈉與氧化石墨分散液的質量比為0.271-0.542:30。

所述的氧化石墨是采用Hummers法或Hummers改進方法制得的。

所述的石墨烯的制備步驟如下：

步驟一：將濃H₂SO₄、K₂S₂O₈和P₂O₅混合均勻后置于燒杯中，加熱至80℃，向燒杯中加入石墨粉，反應6h，洗滌過濾。

步驟二：將步驟一處理過后的石墨粉和硝酸鈉加到冰水浴的濃H₂SO₄中，攪拌下緩慢加入高錳酸鉀，油浴升溫至35℃后反應2-3h，再加入去離子水后升溫至98℃，保溫0.5h，然后滴加質量分數為30%的雙氧水還原未被反應的高錳酸鉀，洗滌經離心分離處理后得到氧化石墨。

步驟三：將步驟二制得的氧化石墨加入到水中，然后在300W的超聲功率下處理0.5h后，在8000rpm的速度下離心5min后，除去沉淀物，得到氧化石墨分散液。

步驟四：向步驟三所得到的氧化石墨分散液加入二苯胺磺酸鈉，80-100℃回流4-8小時，冷卻至室溫，離心分離，得到石墨烯。