[發明專利]由微晶石墨制備石墨烯的方法

有效

• 申請號: 201410688163.3
• 申請日: 2014-11-25
• 公開（公告）號: CN104477887A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 曲良體;胡傳剛;葉明暉;胡仔健;何新元;王勇
• 申請（專利權）人: 北京理工大學;南方石墨有限公司;北京泰和鼎晟科技發展有限公司
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 楊志兵;付雷杰

技術領域

本發明屬于功能材料制備領域，涉及一種由微晶石墨制備石墨烯的方法，具體涉及一種由微晶石墨制備純度高達99％的小片石墨烯的方法。

背景技術

石墨烯是一種由碳的六元環通過鍵合作用組成的片層狀結構。由于石墨烯具有高的導電性，大的比表面積，好的化學穩定性，以及熱穩定性和機械柔韌性，使其在光電材料，光催化材料，磁性吸波材料等方面有著廣泛的應用，而且由于石墨烯較高的鋰離子擴散能力，它在鋰離子電池等能源儲存與轉換材料上也有著很好的應用前景。

氧化還原的方法是目前批量制備石墨烯最為常用和有效的方法，從現有報道的結果上看，石墨烯片的尺寸都在10微米左右，甚至更大，而小片的石墨烯其大部分石墨烯片尺寸在1微米以下，其具有獨特的結構特點，例如：與大片石墨烯相比有更大的比表面積，更多的活性邊緣位點，使它的相關研究引起本領域研究人員的極大興趣。但是，目前對于小片石墨烯的合成通常涉及到一些苛刻的實驗條件，比如：通過以甲烷為碳源，用高溫(>1000℃)氣相沉積的方法在金屬催化劑表面生長小片石墨烯；在不同pH值的溶液下，分級過濾隨機氧化的氧化石墨烯片，其中包括大片和小片的氧化石墨烯，得到小片的氧化石墨烯片，再經過水合肼(N₂H₄)的加熱還原得到小片的石墨烯；氧化石墨烯，其中包括大片和小片的氧化石墨烯，在極性有機溶劑，如N,N二甲基甲酰胺中分層，收集上層極少量的原料，在氬/氫(Ar/H₂)氣體下在600～1000℃的高溫還原得到小片的石墨烯。這些還原過程一般來講需要用到有毒的化學試劑，需要多個繁瑣的步驟，消耗相當長的時間，并且得到的石墨烯難以洗滌干凈，產量極低，很難保證樣品的質量，很難滿足實際生產的需求量。

發明內容

為解決現有的小片石墨烯制備過程繁瑣、耗時長、涉及到有毒試劑，且制備出的小片石墨烯質量低等問題，本發明提出一種由微晶石墨制備高純小片石墨烯的方法。

一種由微晶石墨制備石墨烯的方法，具體包括如下步驟：

步驟1、對微晶石墨進行氧化剝離，具體包括如下步驟：

步驟1.1、將微晶石墨粉3份、固體硝酸鈉3份加入潔凈干燥的反應容器1中，再將質量濃度為98％以上濃硫酸加入反應容器1中，并將反應容器1置于冰水浴中攪拌；

步驟1.2、待固體硝酸鈉完全溶解后，以0.5g/min的速率加入9份高錳酸鉀；?

步驟1.3、將所述的水浴溫度調至35～40℃，至反應體系中無黑渣，得到溶液1；

步驟1.4、向溶液1中加入去離子水，然后加熱使水浴溫度升高至70～100℃，并維持在該溫度10分鐘到1小時后停止加熱，得到溶液2；

步驟1.5、待水浴溫度降至室溫后，向溶液2中加入去離子水，再在攪拌的條件下加入過氧化氫溶液，待溶液2由棕色轉變為黃色，即得到氧化石墨溶液；

步驟2、將步驟1得到的氧化石墨溶液進行抽濾；等待溶液抽干之后，加入10％的稀鹽酸溶液洗滌后進行第二次抽濾；然后再用去離子水洗滌后進行第三次抽濾3～5天，得到濾餅，即氧化石墨的粗產品；

步驟3、向氧化石墨的粗產品中加入去離子水，混合均勻用離心機以3000～5000rad/min的速度離心，然后再收集上層膠質溶液以8000～11000rad/min的速度離心，收集下層溶液，得到溶液3；

步驟4、將溶液3在8000～14000截留分子量的透析袋中進行透析，待溶液3轉變為中性即可停止透析，收集透析袋中的溶液，得到溶液4；

步驟5、向溶液4中加入乙二醇得到混合溶液，將混合溶液調至堿性后，混合均勻，裝入反應釜，再將反應釜置于180℃條件下進行還原反應6～12小時，得到凝膠狀塊體；

步驟6、將步驟5中得到的凝膠狀塊體用去離子水洗滌至中性即得到所述石墨烯。

一種優選的方式為將得到的石墨烯在烘箱中以50℃直接烘干，得到干的石墨烯。

一種優選的方式為將得到的石墨烯進行冷凍干燥，得到干的石墨烯。