[發明專利]一種改性石墨烯的制備方法

有效

• 申請號: 201410088987.7
• 申請日: 2014-03-11
• 公開（公告）號: CN103787328A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 趙靈智;崔朝陽;唐芬玲;歐陽劍;張怡瓊;王碧霄
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 廖繼海;邱奕才

技術領域

本發明涉及石墨烯技術領域，尤其涉及一種改性石墨烯的制備方法。

背景技術

石墨烯（Graphene）可理解為由石墨（Graphite）和烯（Ene）組合而成，因其具有石墨般完美的幾何結構與烯一樣的特殊性能和廣泛應用。石墨烯是由sp-²雜化碳原子緊密排列成的單層的二維蜂窩狀結構的物質，C-C鍵長為0.142nm，厚度為一個碳原子厚度（0.335nm），單層的石墨烯會出現褶皺與彎曲，它是構成富勒烯（零維）、碳納米管（一維）、石墨（三維）的基本單元。2004年英國曼徹斯特大學的Geim教授和Novoselov等通過實驗用一種極為簡單的方法剝離出了石墨烯。石墨烯與其它三維結構的物質有很大的區別，它屬于半金屬、零帶隙半導體，理論上和碳納米管相似，其中三分之一的碳原子顯金屬性（Metalic），另外三分之二顯半導體性質（Semiconducting）。石墨烯具有較高的遷移率，由于其內部的散射機制主要以缺陷散射為主，所以在一定溫度范圍內遷移率為一個定值，理論值為200000cm²V^-1S^-1，另外，石墨烯中電子的有效質量為零且核磁矩幾乎為零，所以電子和空穴的遷移率是相等的，石墨烯的電阻率的理論值是10^-6Ω·cm，是目前為止所發現的電阻率最低的材料。它也是迄今為止發現的力學性能最好的材料，楊氏模量達到1100GPa，理論上的比表面積為2628m²/g。

石墨烯所表現出的優越性能，預示著它可以廣泛應用于納米復合材料、鋰離子電池、超級電容器、光電器件電極等方面。但是，現階段由于石墨烯的制備方法還不成熟導致缺陷較多，尺寸較小，很多特性還沒有達到或接近其理論值。因此，科研人員都集中精力對石墨烯進行摻雜與改性來提高其某一方面的性能，尤其是石墨烯的電導率。

申請號為201110129833.4的中國專利《石墨烯/金屬納米復合物粉末及其制造方法》公開了一種石石墨烯/金屬納米復合物粉末，石墨烯以薄膜形式介入基體金屬的金屬顆粒之間并與金屬顆粒結合，其制備過程為向分散有石墨烯氧化物的溶劑中提供基體金屬的金屬鹽，然后將金屬鹽氧化成金屬氧化物，最后對所述石墨烯氧化物和金屬氧化物進行還原，石墨烯以薄膜形式分散在所述基體金屬的金屬顆粒之間。所述石墨烯/金屬納米復合物為粉末，主要改善其機械特性，且分散的石墨烯只作為基體金屬用增強材料，此外，所述還原采用肼類還原劑還原氧化石墨烯或采用氫氣氣氛中高溫還原復合物粉末，肼是劇毒物質，大量使用會對環境造成嚴重污染，同時成本高。

申請號為201310224175.6的中國專利《自組裝納米金屬或半導體顆粒摻雜石墨烯微片的制備方法及其用途》利用鍍有金屬或半導體薄膜的氧化石墨烯紙，在脈沖激光瞬間釋放的高熱量作用下，對覆蓋在表面的鍍層進行自組裝，實現以基底還原氧化石墨烯為載體的有序金屬或半導體納米顆粒排列結構。該專利直接還原鍍有納米金屬的氧化石墨烯，所述納米金屬為金或銀或鉑，而如銅、鐵或鎳這些納米金屬由于活性較強而無法直接鍍在石墨烯上。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種改性石墨烯的制備方法，本發明方法簡便環保，所得改性石墨烯的電導率顯著提高。

本發明的上述目的通過以下技術方案予以實現：

???????一種改性石墨烯的制備方法，包括以下步驟：

S1.制備氧化石墨烯；?

S2.制備納米金屬氧化物-氧化石墨烯懸浮液：將上述的氧化石墨烯分散到去離子水中超聲60~100min，得到純凈的氧化石墨烯分散液，將納米金屬氧化物顆粒分散到氧化石墨烯分散液中，攪拌30~60min，繼續超聲30~60min，攪拌30~60min是為了讓納米金屬氧化物顆粒均勻地分布在分散液中，繼續超聲是為了使納米金屬氧化物顆粒附著在氧化石墨烯表面，形成穩定的納米金屬氧化物-氧化石墨烯懸浮液；?

所述氧化石墨烯分散溶液質量濃度為0.1~10mg/ml；

所述納米金屬氧化物-氧化石墨烯懸浮液中納米金屬氧化物與氧化石墨烯的質量比為n:10,n為0~3.5，n不為0；

S3.高溫氣相還原制備摻雜金屬納米顆粒的石墨烯薄膜：將上述納米金屬氧化物-氧化石墨烯懸浮液進行抽濾或旋涂成薄膜，真空干燥后將所述薄膜在氣體保護下進行高溫還原，形成摻雜金屬納米顆粒的石墨烯薄膜；

所述氣體為N₂-H₂或Ar-H₂，氣體流量比為（2~8）：1；