[發(fā)明專利]石墨烯及石墨烯-氧化物復合物的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310199745.0
• 申請日: 2013-05-24
• 公開（公告）號: CN103332678A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 施利毅;王竹儀;徐海平;袁帥;趙尹;張美紅
• 申請（專利權(quán)）人: 東莞上海大學納米技術(shù)研究院;上海大學
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04;C01G25/02;C01G23/053;C01B33/12;C01G19/02;C01G45/02;C01G51/04;C01G53/04
• 代理公司: 北京輕創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11212
• 代理人: 吳英彬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新型功能碳材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯的制備方法，及采用該石墨烯制備的石墨烯-氧化物復合物的制備方法。?

背景技術(shù)

石墨烯(Graphene)是一種新型碳材料，作為一種新型二維結(jié)構(gòu)的碳材料，是由Novoselov等人于2004年首次發(fā)現(xiàn)的(Novoselov，K.S.；Geim，A.K.；Morozov，S.V.；Jiang，D.；Zhang，Y.；Dubonos，S.V.；Grigorieva，I.V.；Firsov，A.A.Science2004，306，666-9)。石墨烯作為一種新型的二維蜂窩狀結(jié)構(gòu)的碳材料，其具有良好的導電性(7200S/m)、較大的理論比表面積(2600m²/g)、高機械穩(wěn)定性等優(yōu)越的性能，故引起了廣泛的關(guān)注。?

石墨烯(Graphene)是指碳原子之間呈六角環(huán)形排列的一種片狀體，由一層碳原子構(gòu)成，可在二維空間無限延伸，可以說是嚴格意義上的二維結(jié)構(gòu)材料，同時，它被認為是宇宙上最薄的材料，也被認為是有史以來最為結(jié)實的材料。?

目前制備石墨烯的方法主要有：(1)機械剝離法，如在2004年由2010年諾貝爾物理學獎獲得者安德烈-蓋姆和康斯坦丁-諾沃肖洛夫用機械剝離的方法第一次成功使石墨層剝離獲得獨立存在的單層或多層石墨烯。微機械剝離方法對設(shè)備、過程控制要求較高，不適于大批量低成本地生產(chǎn)石墨烯。(2)熱膨脹石墨法，經(jīng)超聲分散、固液分離和干燥后，制備出多層石墨烯(CN101746755A)。該方法效率低、產(chǎn)量小，只能限于實驗室中進行小規(guī)模實驗。(3)化學氣相沉積法，目前相關(guān)研究工作多采用硅片或者硅片負載的金屬薄膜作為基片，碳原子在襯底上沉積生長成石墨烯(Li，X.S.et?al.Science2009，324，1312；Kim，K.S.et?al.Nature2009，457，706)，但是該方法不適于發(fā)展大批量低成本制備石墨烯產(chǎn)品，成本比較高。(4)電解法。此方法可合成大量的石墨烯，但是合成出的石墨烯的表面均帶有大量的正離?子或負離子或有機物。(5)氧化石墨烯還原法，該方法包括兩個步驟：石墨經(jīng)過高錳酸鉀等強氧化劑氧化形成氧化石墨，氧化石墨經(jīng)化學或熱還原得石墨烯。由于該方法成本較低、操作簡單，能耗較低而被廣泛應用。?

氧化還原法制備石墨烯中的化學還原方法制備石墨烯的研究已經(jīng)取得了積極的進展，被認為是制備石墨烯的有效方法，目前常使用的還原劑有：水合肼，對苯二酚，L半胱氨酸，抗壞血酸，硼氫化鈉等等。但這些還原劑中有些是極高毒性，或者易燃，對環(huán)境和人體都有極大的危害，不利于人員操作，同時也對操作人員的身體健康構(gòu)成危害。有些還原的石墨烯不徹底，仍然還是保留了氧化石墨烯的結(jié)構(gòu)，因此限制了其使用，而且在反應的過程中還會引入其他的官能團，從而影響石墨烯及其石墨烯/金屬氧化物復合物的電化學性能。?

目前制備石墨烯-金屬氧化物的復合材料的方法主要有：(1)噴霧熱分解沉積法，Zhang等人采用噴霧熱分解沉積法合成了石墨烯/氧化鋅的復合物，該法對儀器要求比較嚴格，生產(chǎn)成本比較高；(2)微波照射/輻射方法，Yan等人采用微波輻射的方法制備了石墨烯/四氧化三鈷的復合物，該法制備比較簡單，但是操作比較危險，制備的復合物中納米顆粒不能均勻的分散在石墨烯的表面。(3)噴墨印刷術(shù)法，manga等人采用噴墨印刷術(shù)法制備了石墨烯/二氧化鈦的光導電薄膜復合物，該法對設(shè)備要求嚴格，操作比較繁瑣。(4)分子嫁接方法，tang等人通過分子嫁接方法制備了石墨烯/二氧化鈦的光導電薄膜，該法對實驗條件的控制嚴格，實驗重現(xiàn)性差，操作困難。(5)水熱法，該方法簡單易行，安全性好，是目前發(fā)展比較好的制備石墨烯和金屬氧化物復合物的方法。?

目前的水熱法中，還存在以下不足，合成的復合物中出現(xiàn)了金屬氧化物顆粒嚴重團聚，石墨烯發(fā)生團聚，從而金屬氧化物顆粒不能再石墨烯表面出現(xiàn)均勻的分布，制備的顆粒大小不均一等問題，影響了其性能。因此，有必要提供一種石墨烯與金屬氧化物均勻復合的有效方法。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)制備石墨烯需要使用毒性大的有機溶劑?的弊端，首次提供了一種采用水體系，且反應溫和、工藝簡單、成本低廉的石墨烯的制備方法。?

本發(fā)明的另外一個目的在于提供一種采用水體系、反應溫和、分散均勻的石墨烯-氧化物復合物的制備方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)所得石墨烯-氧化物復合物中石墨烯易團聚、金屬氧化物顆粒易團聚，兩者分散不均勻，顆粒大小不均一的問題。?

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：?

一種石墨烯的制備方法，包括以下步驟：?