[發明專利]一種石墨烯卷的制備方法

有效

• 申請號: 201410359512.7
• 申請日: 2014-07-25
• 公開（公告）號: CN104140096A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發明（設計）人: 張東;尚玉
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 王小榮

技術領域

本發明屬于石墨烯納米材料技術領域，具體涉及一種石墨烯卷的制備方法。

背景技術

近年來，碳納米材料如碳納米管和石墨烯，由于其具有理想的一維結構和二維結構，加之優異的性能，在許多領域有著廣泛的應用前景。而石墨烯卷作為一種新型的碳納米材料，是一種由石墨烯卷曲而成的介于一維和二維之間的類似于碳納米管的卷狀納米材料，兩端和邊緣非閉合，徑間距容易調控，而且有較高的比表面積。石墨烯卷自身特殊的拓撲結構具有一些優異的性能，例如，高載流子遷移率和光學性質，其可以用于超級電容器、傳感器納米電子器件等領域。由于石墨烯卷具有中空結構，而且比表面積大，其也可用于儲氫領域。另外，納米級尺寸的石墨烯卷曲所具有的限閾效應，使得石墨烯卷具有優異的催化性能，因此，石墨烯卷在超級電容器、催化劑等技術領域也具有廣泛的應用前景。

目前，人們對于石墨烯卷的研究主要集中在理論計算方面，然而，有關石墨烯卷的制備方法和性能研究則比較少，因此要制備高質量的石墨烯卷，現在仍面臨許多困難。當前，制備石墨烯卷的常用方法主要有石墨電弧放電法、高能球磨法和化學法。由于電弧放電法和高能球磨法制備的石墨烯卷通常混合在石墨和無定形碳中，這就很難將石墨烯卷從復雜的混合物中分離出來。因此，上述兩種方法不能制備高質量高純度的石墨烯卷。化學法主要是將石墨插層先分離成薄層，再進行超聲處理，部分剝離的石墨卷曲成卷軸。采用化學法制備石墨烯卷雖然具有較高的產率，但制備的石墨烯卷，通常形態不均一，而且無法控制石墨烯卷的層數。此外，由化學法制備的石墨烯卷中，往往還會存在缺陷，這可能會影響石墨烯卷的部分物化性質。同時，化學法制備過程通常比較復雜，反應劇烈，存在污染，不易進行大規模生產。近年來，也有用微機械剝離法來制備單層和少層的石墨烯卷，但該方法的產率較低，不能推廣應用。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種綠色、簡單、可大規模穩定制備石墨烯卷的方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種石墨烯卷的制備方法，該方法是以氧化石墨烯為前驅體，通過電化學作用將氧化石墨烯還原，同時形成具有卷曲褶皺的結構，再進行超聲處理，即制備得到石墨烯卷，具體包括以下步驟：

(1)將氧化石墨溶于水中，攪拌30～60min，超聲處理1～4h，配制成氧化石墨烯懸浮液；

(2)將步驟(1)制得的氧化石墨烯懸浮液加入到電化學反應裝置中，打開電源，選擇電壓為10～30V，進行正極吸附，待正極吸附結束后，轉換電壓方向，選擇電壓為60～80V，進行負極還原反應，得到產物溶液；

(3)向步驟(2)制得的產物溶液中加入酸液，用于除去產物溶液中的雜質，再用去離子水反復清洗；

(4)將步驟(3)清洗后的產物溶液進行超聲處理后，干燥，即制備得到石墨烯卷。

步驟(1)所述的氧化石墨從常州第六元素材料科技股份有限公司購買所得，所述的氧化石墨烯懸浮液中，氧化石墨烯的質量濃度為0.1～4mg/ml。

步驟(2)所述的電化學反應裝置包括直流穩壓電源、兩電極、導線及反應槽，所述的兩電極設置在反應槽中，并分別通過導線連接至直流穩壓電源，所述的兩電極之間的距離為0.5～2cm。

步驟(2)所述的正極吸附的時間為0.5～1h，所述的負極還原反應的時間為0.5～4h。

步驟(3)所述的酸液為稀HCl溶液，該稀HCl溶液中HCl的質量分數為3～5％。

步驟(4)所述的超聲處理的條件為：超聲頻率為30～50KHz，處理時間為0.5～2h。

所述的兩電極為表面光滑的銅片，所述的反應槽為有機玻璃板材加工制成。