[發明專利]一種高效制備石墨烯的方法

無效

• 申請號: 201210593496.9
• 申請日: 2012-12-29
• 公開（公告）號: CN103058176A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 陳國華;龍江;趙立平
• 申請（專利權）人: 華僑大學;廈門凱納石墨烯技術有限公司
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 泉州市文華專利代理有限公司 35205
• 代理人: 車世偉

技術領域

本發明涉及石墨烯技術領域，特別是涉及一種高效制備石墨烯的方法。

背景技術

石墨是一種具有廣泛應用前景的二維納米填充材料，特別是單層或少數層石墨烯更具有非常優越的電子轉移能力。

石墨烯，SP2碳原子所構成的單原子厚度二維晶體，因為突出的電子、力學及和熱學性能引及其巨大的應用潛力而起其廣泛關注。現有石墨烯的制備方法主要分為兩種：機械剝離法和化學方法。機械方法主要包括膠帶法，超聲法和球磨法；化學方法是表面外延生長法、氧化石墨還原法和化學氣相沉積法。

目前，氧化石墨還原法為制備石墨烯的主要方法，該方法是將石墨進行強氧化處理，得到氧化石墨后，再對其進行剝離制備氧化石墨烯，最后經過還原處理得到石墨烯。由于在強氧化過程中會嚴重破壞石墨烯片層的結構，雖然經過還原處理，石墨烯片層的電子共軛結構得到部分恢復，所得石墨烯材料的各項性能指標仍與高質量的石墨烯存在較大的差距。此外，石墨的氧化過程通常需要大量的強酸性氧化劑如濃硫酸、濃硝酸、高錳酸鉀等；而且還原過程中有需要高溫處理或使用水合肼、硼氫化鈉等有毒的化學物質，不僅能耗大，效率低，成本高而且污染環境。

外延生長法制備石墨烯，需要在高溫下，充入碳源氣體（甲烷、乙烷、乙炔等），氣體分解并在基底形成石墨烯，該方法需要1000K以上的高溫，對生產條件要求嚴格，產率較低，所以限制石墨烯的應用。

其中，賓曉蓓、高天珺等人發明了利用高能球磨制備石墨納米薄片的方法，該方法是采用可溶性粉末研磨體與膨脹石墨混合后再進行球磨，得到的產物再用水或者稀鹽酸洗滌。上述制備方法中，采用行星球磨耗能大，大規模工業生產時成本較高；同時，采用稀鹽酸作為溶劑洗滌可溶性粉末對環境有一定的污染。

因此，迫切需要開發一種方法簡單易行，對設備無特殊要求，成本低、效率高，污染小，易推廣使用，解決了現有石墨烯制備技術中存在的成本高、效率低、質量差等問題的方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種高效、大量、低成本制備石墨烯的方法，以解決現有技術中存在的成本高、效率低、污染環境等問題。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種高效制備石墨烯的方法，其特征在于，通過如下步驟實現：

（1）以膨脹石墨為原料，按照可溶性無機鹽或/和可溶性有機物與膨脹石墨的質量比為10:1-200:1分別稱量可溶性無機鹽或/和可溶性有機物、膨脹石墨，備用；

（2）將可溶性無機鹽或/和可溶性有機物及膨脹石墨加入到蒸餾水中加熱混合均勻至可溶性無機鹽或/和可溶性有機物全部溶解，使膨脹石墨與可溶性無機鹽或/和可溶性有機物混合均勻，然后置于干燥箱中干燥至水分全部揮發，得到膨脹石墨與無機鹽或/和有機物的混合物，再將膨脹石墨與無機鹽或/和有機物的混合物放入球磨罐中攪拌球磨5分鐘-48小時；

（3）將步驟（2）得到的球磨產物用蒸餾水洗滌3-5次，抽濾，烘干，得到石墨烯。

所述的可溶性無機鹽為可溶性氯化物、硝酸鹽、硫酸鹽、碳酸鹽、鉻酸鹽、磺酸鹽、磷酸鹽中的一種，或可溶性氯化物、硝酸鹽、硫酸鹽、碳酸鹽、鉻酸鹽、磺酸鹽、磺酸鹽、磷酸鹽中的兩種或者兩種以上的混合物；當采用混合物時，所述混合物中的各組份的混合比為任意配比。

所述的可溶性有機物為常溫下呈固體可溶于水的有機化合物。

所述有機化合物為尿素、蔗糖、醋酸鹽、乙酸吡啶鹽、酒石酸鹽、苯甲酸鹽中的一種或多種的混合物；當采用混合物時，所述混合物中的各組份的混合比為任意配比。

所述球磨罐的材質為聚四氟乙烯、不銹鋼或陶瓷，所使用的磨介的材質為氧化鋯球、陶瓷、鋼珠、玻璃或瑪瑙球。

采用上述方案后，與現有技術相比，本發明的有益效果是：

1、本發明制備石墨烯的方法，由于采用球磨技術工藝，單次制備產量可較大，制備周期可短至5分鐘，生產效率較高，可以適用于規模化工業生產；

2、本發明所涉及到石墨烯的制備工藝克服了氧化石墨還原法等化學制備方法對石墨烯片層結構的破壞，可以制得導電性較好的石墨烯；

3、本發明所選用的可溶性無機鹽或可溶性有機物如氯化鈉、硝酸鈉、尿素、蔗糖等，成本低廉，來源廣泛；

4、本發明所涉及的可溶性無機鹽可以回收再利用，對環境污染較小，制備工藝具有環境友好性。

附圖說明

圖1為本發明所制得的石墨烯的場發射掃描電鏡照片。

具體實施方式

為了更好的理解本發明，下面結合實施例進一步闡明本發明的內容，但是本發明的內容不僅僅局限于以下的實施例。