[發明專利]一種可批量化制備少層石墨烯粉體的方法

有效

• 申請號: 201410370150.1
• 申請日: 2014-07-31
• 公開（公告）號: CN104150469A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 陳欣;肖雙;王勝偉;王瑛;趙成龍;董賀存;張兵
• 申請（專利權）人: 山東玉皇新能源科技有限公司
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 張貴賓

（一）????????技術領域

本發明屬于能源領域微、納米材料制備技術，特別涉及一種可批量化制備少層石墨烯粉體的方法。

（二）????????背景技術

石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以sp²雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格排列構成的單層平面薄膜，只有一個碳原子厚度的二維材料，是構建其它維度碳質材料（如零維富勒烯、一維碳納米管和三維石墨）的基本單元。石墨烯具有優異的物理化學性能，已逐漸用于透明導電薄膜、納米電子器件（晶體管，晶體管電路互聯內存半導體）、導電墨水、太陽能電池、鋰電池、超級電容器、傳感器和生物醫藥等領域。

當前有可能實現大規模生產石墨烯粉體的方法之一是采用Hummers法（Preparation?of?grapHitic?oxide,?Journal?of?the?American?Chemical?Society,?80,?1339）與溶液還原相結合的方法：首先，將石墨進行控溫插層氧化處理，得氧化石墨，再超聲剝離得氧化石墨烯，然后用水合肼、硼氫化鈉等還原劑還原處理得石墨烯。通常，為了獲得較好的還原效果而加大還原劑的用量，為了快速獲得大量的石墨烯而增大氧化石墨烯還原時的濃度，從而導致生產的石墨烯團聚嚴重，還原效果反而變差。因此，迫切需要開發一種可大量、容易操作、低成本且能防止石墨烯團聚的方法來制備高質量的石墨烯粉體。

（三）????????發明內容

本發明為了彌補現有技術的不足，提供了一種簡易的、快速的、可批量化制備少層（10層以下）石墨烯粉體的方法，解決現有技術中存在的制備過程中石墨烯易團聚、導電性差等問題。

本發明是通過如下技術方案實現的：?

一種可批量化制備少層石墨烯粉體的方法，其特殊之處在于：用各種電解質作石墨烯膠體溶液的凝絮漂浮試劑，使石墨烯快速漂浮于溶液上方，制備石墨烯粉體。

本發明的可批量化制備少層石墨烯粉體的方法，包括以下步驟：

（1）氧化石墨烯：冰浴條件下，天然石墨與硝酸鈉混合，依次加入濃硫酸、高錳酸鉀反應，反應之后加去離子水，在90-100℃保持20-30分鐘，然后加入雙氧水和去離子水，得亮黃色氧化石墨溶液；之后，采用酸洗和水洗交替離心洗滌，pH=5-6，得純凈的氧化石墨溶液；最后，超聲處理氧化石墨，配制出一定濃度的氧化石墨烯溶液；

（2）水合肼還原：向氧化石墨烯溶液中加入去離子水，在攪拌下加入水合肼，然后加入氨水，溶液pH=9-10，升溫至95℃保溫，得石墨烯膠體溶液；

（3）凝絮漂浮抽濾：以電解質溶液為凝絮漂浮劑，將石墨烯膠體溶液與電解質溶液混合，室溫靜置，水洗冷凍干燥得水合肼還原的石墨烯粉體；

（4）熱還原處理：將干燥好的水合肼還原的石墨烯放入管式爐中，在氮氣保護下，以2-10℃/分鐘的升溫速率升溫，在1000-1050℃保溫2分鐘-3小時，冷卻至室溫，之后，研磨，并用有機溶劑超聲分散，50-60℃烘干得石墨烯粉末。

本發明的可批量化制備少層石墨烯粉體的方法，包括以下步驟：

（1）氧化石墨烯：冰浴條件下，50-100g?天然石墨與25-50g硝酸鈉混合，加入1.15-2.3L濃硫酸，再加入150-300g高錳酸鉀，反應1-2小時，升溫至35℃反應30-50分鐘，之后加去離子水0.75-1.5L，在90-100℃保持20-30分鐘，然后加入0.15-0.3L雙氧水和7-15L去離子水，得亮黃色氧化石墨溶液；之后，采用酸洗和水洗交替離心洗滌，pH=5-6，得純凈的氧化石墨溶液；最后，超聲處理氧化石墨，配制出一定濃度的氧化石墨烯溶液；

（2）水合肼還原：向2L?0.5mg/mL的氧化石墨烯溶液中加入2L去離子水，在攪拌下加入1.4?mL質量分數50%的水合肼，再加入7mL質量分數28%的氨水，溶液PH=9-10，升溫至95℃保溫1小時，得石墨烯膠體溶液；

（3）凝絮漂浮抽濾：以電解質溶液為凝絮漂浮劑，將石墨烯膠體溶液與電解質溶液混合，其中石墨烯膠體溶液與電解質溶液的體積比1:2，室溫靜置0.5-2小時，石墨烯慢慢聚集，漂浮在溶液上方，水洗冷凍干燥得水合肼還原的石墨烯粉體；

（4）熱還原處理：將干燥好的水合肼還原的石墨烯放入管式爐中，在氮氣保護下，以2-10℃/分鐘的升溫速率升溫，在1000-1050℃保溫2分鐘-3小時，冷卻至室溫，之后，研磨，并用有機溶劑超聲分散，50-60℃烘干得石墨烯粉末。