[發明專利]氧化石墨烯的制備方法

有效

• 申請號: 201310250399.4
• 申請日: 2013-06-21
• 公開（公告）號: CN103332670A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 周超;李力;袁小亞;何麗紅;何釗
• 申請（專利權）人: 重慶交通大學
• 主分類號: C01B31/00
• 分類號: C01B31/00
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 謝殿武

技術領域

本發明涉及一種石墨烯，特別涉及一種氧化石墨烯的制備方法。

背景技術

氧化石墨烯是石墨烯的氧化物，氧化石墨烯是一種性能優異的新型碳材料，具有較高的比表面積和表面豐富的官能團。氧化石墨烯一般由石墨經強酸氧化而得。主要有三種制備氧化石墨的方法：Brodie法，Staudenmaier法和Hummers法。其中Hummers法的制備過程的時效性相對較好而且制備過程中也比較安全，是目前最常用的一種。它采用濃硫酸中的高錳酸鉀與石墨粉末經氧化反應之后，得到棕色的在邊緣有衍生羧酸基及在平面上主要為酚羥基和環氧基團的石墨薄片，此石墨薄片層可以經超聲或高剪切劇烈攪拌剝離為氧化石墨烯，并在水中形成穩定、淺棕色的單層氧化石墨烯懸浮液。在微機械剝離法的基礎上，人們試圖用傳統的球磨方法進行石墨烯的研磨制備大量、小面積的石墨烯或氧化石墨烯，Antisar?M.V等人在水中進行了濕法球磨，得到了厚度10nm以上的石墨納米薄片。CN200810196832.X提出一種高能球磨的方法制備納米石墨薄片，將可溶性粉末、研磨球、石墨同時進行高能球磨，經過水洗、酸堿洗滌等方法，分選得到14nm左右的納米石墨薄片。CN101857221A提出一種高效率制備石墨烯復合物或氧化石墨烯復合物的方法，利用大量的微小固體顆粒輔助剝離過程，以增加剝離過程接觸面積和剝離次數。CN200810196832.X和CN101857221A提出的方法雖然剝離效率提高，但是細小顆粒及液體的去除與分離，存在較大的困難。CN102701193A說明書中提到微機械剝離法之外，發展了氧化石墨的熱膨脹法和還原法、晶體外延生長、化學氣相沉積和有機合成等多種制備方法。上述方法中氧化石墨的熱膨脹法和還原法可以大量制備氧化石墨烯和石墨烯，但由于經過強氧化劑的作用，結構中缺陷較多，綜合性能下降；晶體外延生長、化學氣相沉積等方法適合制備大面積的石墨烯，不適合制備許多領域需要的大批量、小面積（每片面積小于1mm2）的石墨烯或氧化石墨烯。

因此，需要對傳統的工藝進行改進，減少副產物及雜質的引入，便于分離提純并減少了工藝步驟，從而較大幅度減少產品的成本；使之與傳統的機械作用和化學反應的生產方式相比，能夠極大的縮短處理時間、降低能量消耗，并較大幅度提高產率，具有快捷、簡便、環保、高效的特點。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種氧化石墨烯的制備方法，摒棄了化學氧化法所需的強酸及強氧化劑，減少副產物及雜質的引入，便于分離提純并減少了工藝步驟，從而較大幅度降低產品的成本；與傳統的機械作用和化學反應的生產方式相比，極大的縮短了處理時間、降低了能量消耗，并較大幅度提高產率，具有快捷、簡便、環保、高效的特點。

本發明的一種氧化石墨烯的制備方法，將石墨原料采用機械作用和氧化反應相結合的方式制備氧化石墨烯；

進一步，將氧化劑和石墨原料混合后采用機械作用制備氧化石墨烯；

進一步，將石墨原料進行機械作用的同時加入氧化劑制備氧化石墨烯；

進一步，將石墨原料進行機械作用后加入氧化劑進行氧化反應制備氧化石墨烯；

進一步，按照質量比石墨原料：氧化劑：助磨劑=1:0.05～2：0～0.2，所述機械作用的時間為8～300min；

進一步，所述氧化劑包括為具有氧化性或在機械作用下產生氧化性物質的機械氧化性物質中的一種或多種；

進一步，所述氧化劑包括具有機械氧化性的苯甲酸、鄰苯二甲酸及酸酐、馬來酸及酸酐、均苯四甲酸及酸酐或/和具有氧化性的過氧乙酸、過氧甲酸、過氧化苯甲酰、過氧化氫、過氧化二異丙苯、臭氧中的一種或一種以上混合物；所述石墨包括鱗片石墨、膨脹石墨、未膨脹石墨或石墨粉；所述助磨劑為具有助于傳質分散的物質；

進一步，所述機械作用為通過機械設備進行摩擦作用、撞擊作用、振動作用、碾壓作用、超聲作用和剪切作用；所述機械設備包括砂磨機、輥磨機、研磨機、剪切粉碎機、球磨機、振動器、超聲發生器或膠體磨機；

進一步，將石墨原料進行機械作用和氧化反應相結合作用后分散于分散劑；

進一步，所述分散劑為水、溶劑或其他液體分散介質。