[發明專利]石墨烯材料的制備方法

有效

• 申請號: 201310555544.X
• 申請日: 2013-11-11
• 公開（公告）號: CN103553033A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 閆宏遠;孫寧;王立輝;高萌萌
• 申請（專利權）人: 河北大學
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 石家莊國域專利商標事務所有限公司 13112
• 代理人: 蘇艷肅

技術領域

本發明涉及材料合成和復雜樣品前處理領域，具體地說，涉及石墨烯材料的制備方法。

背景技術

石墨烯材料自2004年首次制得以來便引起了科學界尤其是材料科學領域的極大研究興趣。石墨烯材料是一種具有二維平面結構的新型碳納米材料，具有比表面積大、機械性能良好、化學性質穩定等特點，在石墨烯片層表面有大量的共軛π電子，能產生較強的靜電吸附，同時石墨烯是一個平面二維結構，上下表面都提供了極大的吸附容量，所以，石墨烯材料被看作是一種優良的吸附材料，近年來，已有將石墨烯材料作為吸附劑應用于樣品前處理領域的報道（見Qian?Liu,?Jianbo?Shi,?Guibin?Jiang,?TrAC?Trends?in?Analytical?Chemistry,?2012,?37,?1）。

目前，石墨烯材料的合成方法主要有機械剝離法(K.S.Novoselov,?A.K.Geim,?S.V.Morozov,?D.Jiang,?Y.Zhang,?S.V.Dubonos,?I.V.Grigorieva,?A.A.Firsov,?Science,?2004,?306,?666)、外延生長法(C.Berger,?Z.M.Song,?X.B.Li,?X.S.Wu,?N.Brown，C.Naud,?D.Mayou,?T.B.Li,?J.Hass,?A.N.Marchenkov,?E.H.Conrad,?P.N.First,?W.A.de?Heer，Science?2006,?312,??1191)、化學氣相沉積法(K.S.Kim,?Y.Zhao,?H.Jang,?S.Y.Lee,?J.M.Kim,?K.S.Kim,?J.-H.?Ahn,?P.Kim,?J.-Y.Choi,?B.H.Hong,?Nature,?2009，457，706)、氧化還原法（S.J.Park,?R.S.Ruoff,?Nature?Nanotechnology,?2009,?4,?217）等。前三種方法都能制備出高質量的石墨烯材料，但是成本較高，操作復雜、條件不易控制且產率較低，而氧化還原法因其低成本、高產率等特點得到了廣泛應用。

氧化還原法在實際中也存在一些問題，石墨材料的氧化是該方法重要步驟之一，現有技術中，一般是先制備干燥的氧化石墨粉，然后再將其分散到水溶液中超聲剝離，此工藝繁瑣、耗時且剝離效率較低。公開號為CN101613098A的中國專利報道了一種石墨烯的溶液相制備方法，但其石墨氧化工藝復雜，過程較為繁瑣。另外，作為吸附材料，石墨烯粉末的比表面積是影響其吸附性能的一個重要因素，現有技術中所制備的石墨烯材料存在自身結塊問題而導致無法得到大比表面積的產品，這也是該領域一個尚未解決的難題。目前，樣品前處理領域對吸附材料的需求極大，能夠以簡單、經濟的方法制備出具有大比表面積的石墨烯吸附材料具有很大的實際應用意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種石墨烯材料的超聲輔助制備方法，以制備得到具有大比表面積的石墨烯粉末材料。

本發明的目的是這樣實現的：

石墨烯材料的制備方法包括以下步驟：

（1）石墨材料的氧化插層：

將原始石墨粉在攪拌狀態下分散到強酸中，然后在冰浴條件下加入強氧化劑，移去冰浴后在室溫條件下反應12～60?h，然后在冰浴條件下向體系中加入水并繼續攪拌0.5～10?h，隨后向體系中加入雙氧水并將混合物倒出，用水洗至中性，得到氧化石墨的溶液相；其中各物質的比例為原始石墨粉:強酸:強氧化劑:水:雙氧水=1?g:30～65?mL:2～6?g:30～100?mL:1～10?mL；

（2）超聲剝離得到氧化石墨烯：

將制備的氧化石墨溶液相進一步分散到水中，100～1000?w強度下超聲剝離0.5～10?h得到氧化石墨烯的分散液；其中水與原始石墨粉的比例為1.5～6?L:1?g；

（3）氧化石墨烯還原生成石墨烯：

向氧化石墨烯分散液中加入水合肼，60～100℃條件下反應0.5～10?h制得石墨烯分散液；其中使用體積濃度為80?%的水合肼時，用量與原始石墨粉的比例為15～30?mL:1?g；

（4）超聲輔助分離制備石墨烯粉末材料：