[發(fā)明專利]一種制備石墨烯及其復合材料的方法

有效

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• 申請日: 2013-07-09
• 公開（公告）號: CN103342355A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設計）人: 陳建峰;白苗苗;毋偉;王潔欣;曾曉飛
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04;C01F7/02
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發(fā)明屬于石墨烯技術領域，涉及一種制備石墨烯及其復合材料的新方法。

背景技術

石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成呈六角型蜂巢晶格的超薄超硬二維材料，一般稱十層以下的石墨為石墨烯。石墨烯是構成其他碳材料的基本組成單元，它包裹起來形成零維的富勒烯（Fullerene），卷起來形成一維的碳納米管(Carbon?Nanotube)，層層堆疊形成三維的石墨(Graphite)。石墨烯及其復合材料是目前該領域的研究熱點，在電子、光學、機械及其阻燃等領域都顯示了良好的發(fā)展前景。

自2004年，英國曼徹斯特大學的Andre?Geim和Konstantin?Novoselov使用機械剝離法獲得石墨烯后，人們相繼提出了外延生長法、化學氣相沉積法（CVD）、液相剝離法、化學還原法等方法制備石墨烯。機械剝離法制備的石墨烯質量高，但量少，適合科學研究，遠遠不能滿足大量的工業(yè)需求。外延生長法、CVD法需要高溫和復雜的轉移過程，工藝復雜且能耗高。液相剝離法耗時且產率低，限制它的商業(yè)應用。化學還原法被認為是可以實現工業(yè)化生產的最有效手段。到目前為止，研究者們投入相當大的努力和精力發(fā)展還原法，主要方法為運用還原劑水合肼（Stankovich?S,etal.J.Mater.Chem.2006,16,155-158）、二甲肼(Stankovich?S,etal.Nature.2006,442,282–286)、對苯二酚(G.X.Wang,etal.Carbon.2009,21,3514-3520)、硼氫化鈉(Si?Y,etal.Nano?Lett.2008,8,1679–1682)、四氫鋁鋰(Ambrosi?A,etal.Chem.Mater.2012,24,2292–2298)、硫化物(W?Chen,etal.J.Phys.Chem.C,2010,114,19885–19890.)、鋁粉(Fan?Z,etal,Carbon2010,48,1686–1689)、抗壞血酸(Gao?J,etal.Chem.Mater.2010,22,2213–2218)、乙二胺(Che?J,etal.Mater.Chem.2010,20,1722–1727)、還原糖(Zhu?C,etal.ACS?Nano.2010,4,2429–2437.)、蛋白質(Liu?J,etal.J.Am.Chem.Soc.2010,132,7279–7281)、檸檬酸鈉(Wan?W,etal.New?Carbon?Mater.2011,26,16–20)、鐵(Fan?Z,etal.ACS?Nano.2011,5,191–198.)等在酸或堿以及其他的如微波、光催化、生物化學、激光、等離子體、細菌溶液、溶菌酶、三乙胺溶液條件下還原制備石墨烯。肼類、對苯二酚、硼氫化鈉、四氫鋁鋰這些還原劑需要長時間反應才能徹底的還原氧化石墨，存在著反應時間長，高毒性、團聚現象嚴重等缺陷。硫化物、鋁粉、乙二胺、還原糖、蛋白質、檸檬酸鈉、鐵等存在還原效果差等缺點。抗壞血酸被證明是一種高效、環(huán)境友好的還原劑，但是抗壞血酸價格昂貴，不利于大規(guī)模工業(yè)化生產。

本發(fā)明針對以上問題,首次采用紅鋁為還原劑，以成本低廉、容易得到的氧化石墨為原料，在進行氧化石墨快速功能化的同時，完成對其的還原，從而選擇性得到分散性良好、導電性良好、面積為微米級的石墨烯、石墨烯/氫氧化鋁以及石墨烯/氧化鋁復合材料。本發(fā)明所制備得到的石墨烯/氫氧化鋁和石墨烯/氧化鋁復合材料有望用于阻燃材料、耐磨材料及去除重金屬離子領域。目前，該類復合材料已有報道。如中國科學技術大學的高超等制備了AlOOH-RGO復合材料，用于去除飲用水中Cd²⁺、Pb²⁺；中國專利“一種石墨烯-環(huán)氧樹脂復合材料的制備方法”（專利號CN?101987908）報道了將石墨烯和環(huán)氧樹脂復合起來，該材料的硬度較單獨的環(huán)氧樹脂增加了50%，耐沖性增加了近12倍。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種制備石墨烯、石墨烯/氫氧化鋁以及石墨烯/氧化鋁復合材料的方法。本發(fā)明的另一目的是簡化納米復合材料制備工藝即跳過石墨烯制備工序，以氧化石墨功能化方式選擇性地一步制備納米復合材料。

為實現上述目的，本發(fā)明的技術方案如下：

一種制備石墨烯或石墨烯/氫氧化鋁復合材料方法，包括如下步驟：

A.氧化石墨分散：將氧化石墨在有機溶劑中超聲得到褐色分散液；

B.氧化石墨還原：將還原劑紅鋁加入到步驟A中的氧化石墨的有機溶劑分散液中，于溫度為25-120℃反應5min-48h；