[發明專利]一種石墨烯的制備方法有效

申請號：	201410128615.2	申請日：	2014-04-01
公開（公告）號：	CN103950919A	公開（公告）日：	2014-07-30
發明（設計）人：	林治;林曉丹	申請（專利權）人：	華南理工大學
主分類號：	C01B31/04	分類號：	C01B31/04;C08K3/04;C08L75/04;C08L1/26;C08L29/04;C08L71/08
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種石墨制備方法
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及高質石墨烯的的制備方法技術領域，具體是以具氧化性插層物（如氯化鐵、溴等）形成石墨插層化合物為前驅體，在溫和的還原體系中，采用少量的硼氫化物水溶液或氫化鋁鋰的四氫呋喃溶液實現高速膨脹，以PVP或季銨鹽水溶液/乙醇為分散體系制備石墨烯分散液的方法。

背景技術

石墨烯自2004年被發現以來，以其具優異的力學性能、電學性能、光學性能、熱學性能、吸附性等廣泛為研究者們所關注，其在聚合物復合體系、光電材料、生物醫用領域、表面吸附、場發射材料、電池負極材料等行業上具有極高的應用前景。然而，現今的石墨烯制備仍是以還原氧化石墨烯（rGO）為主，rGO具有較大的結構缺陷，這導致石墨烯應有的電學性能、光學性能、熱學性能均大幅降低，同時，利用該法制備難度相對大，成本高，效率低且污染環境。中國專利201110282370.5公開了一種制備高質量石墨烯的方法，該方法所制備石墨烯結構缺陷小，但進行剝離時，當催化劑如氯化鐵滲出量大時，將導致雙氧水過度催化放熱而劇烈反應，較高溫度下的雙氧水會對石墨烯層結構造成部分破壞，致使石墨烯的部分性能仍不能得到完善，同時其剝離時間相對較長，工業化及安全性有一定限制。

發明內容

為解決過度催化導致的劇烈反應，本發明的目的在于在提供一種高質量石墨烯的制備方法，引進較溫和可定量反應、同時大幅縮短反應時間的硼氫化物、氫化鋰鋁等溶液體系，優選硼氫化物還原體系，同時由于該類體系具有還原性，可以防止雙氧水體系下過度催化導致石墨烯的部分氧化，甚至對其進行結構修復，達到石墨烯在質量上的進一步提高。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種石墨烯的制備方法，以一階或二階石墨插層化合物為前驅體，將該石墨插層化合物與1wt%-10wt%可生成氣體的還原性溶液混合，靜置1-5min即可獲得高度膨脹石墨，所述還原性溶液為硼氫化物水溶液或氫化鋁鋰的四氫呋喃溶液；酸洗除去雜質后，過濾并在含0.5wt%-5wt%分散劑水溶液或乙醇溶液中經30min-3h超聲分散，得石墨烯分散液；分散液再經冷凍干燥獲得石墨烯粉體或加入水溶性高分子聚合物共沉析獲得含石墨烯聚合物母料。

所述一階或二階石墨插層化合物中，插層劑為溴、溴化碘、氯化碘、氯化鋁、氯化鎳、氯化鐵或氯化鋅等可還原物質，其插層制備手段參見綜述文獻Intercalation?compounds?of?graphite。

所述分散劑水溶液為PVP水溶液，PVP乙醇溶液，十二烷基硫酸鹽水溶液，十二烷基苯磺酸鹽水溶液或季銨鹽水溶液。

所述分散劑水溶液濃度為0.5wt%-2wt%。

所述硼氫化物水溶液為四丁基硼氫化銨，硼氫化鈉，硼氫化鋰，硼氫化鎂，硼氫化鋅或硼氫化鉀。

所述乙醇溶液是體積分數為20%-80%的乙醇水溶液。

所述水溶性高分子聚合物為水溶性聚氨酯，羧甲基纖維素鈉、PVA和PEG3000中的一種或兩種以上。

所述石墨插層化合物與還原性溶液的質量體積比為40mg/mL以下。石墨插層化合物只要有一點就可以反應。當超過40mg/ml時，體系非常稠，不利于反應的進行。

所述石墨插層化合物與還原性溶液的質量體積比為3～30mg/mL。

膨脹處理中，無需其他條件限制，混合1-5min即可實現高度膨脹。

所獲石墨烯層數依賴于石墨插層化合物的階數，橫向尺寸視石墨插層化合物而定。根據石墨插層化合物前驅體階數選擇的不同，經實施處理后，可以獲得不同層數的石墨烯粉體，其層數在1-5層不等。

與現有技術相比，本發明具有如下優點：

1、本發明膨脹實施時間短，相對于雙氧水等氧化體系所制備的石墨烯需1小時完成反應，本發明可在5分鐘內實施完成，經1小時超聲振蕩后產率接近70%，3小時超聲振蕩產率接近90%。