[發明專利]通過多步熱還原法來生產具有可調性質的石墨烯的方法

在審

• 申請號: 201580049764.2
• 申請日: 2015-09-17
• 公開（公告）號: CN107074553A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 安東尼奧·帕埃斯·杜埃尼亞斯;赫蘇斯·加西亞·圣路易斯;帕特麗夏·阿爾瓦雷斯·羅德里格斯;馬科斯·格蘭達;克萊拉·布蘭科·羅德里格斯;里卡多·圣馬利亞·拉米雷斯;帕特麗夏·布蘭科;勞拉·費爾南德斯;羅莎·瑪利亞·梅內德斯·洛佩茲;費爾南多·卡列·戈麥斯
• 申請（專利權）人: 雷普索爾有限公司
• 主分類號: C01B32/192
• 分類號: C01B32/192
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙)11371
• 代理人: 李丙林,王玉桂

技術領域

本發明涉及制備石墨烯的工業方法的領域，特別是涉及通過氧化石墨的熱剝離(exfoliation)/還原來制備具有受控特性的石墨烯的新型多步法。

背景技術

石墨烯和石墨烯基材料由于其引人注目的性質和潛在應用而引起了極大的興趣(Park S，Ruoff,RS.,Nat Nanotechnol 2009；4:217-24)。剝離氧化石墨以產生氧化石墨烯隨后進行還原工藝提供了用于獲得石墨烯的簡單方法(Marcano DC，Kosynkin DV，Berlin JM，Sinitskii A，Sun Z，Slesarev A等，ACS Nano 2010；4：4806-14；以及Gao X，Jang J，Nagase S.J Phys Chem C 2010；114：832-42)。該方法具有易于擴展的優點，并且還具有根據母體石墨的特性(Botas C，P，Blanco C，Santamaría R，Granda M，Ares P等人，Carbon 2012；50：275-82)以及氧化和還原兩者的實驗條件的特性(Stankovich S，Dikin DA，Piner RD，Kohlhaas KA，Kleinhammes A，Jia Y等人，Carbon 2007；45：1558-65)生產具有可調量的氧的石墨烯材料的能力。然而，不能調節其他重要的性質，例如比表面積。已經考慮了幾種用于還原氧化石墨烯的工藝。這些工藝包括：i)用不同試劑進行化學還原，肼是最常見的試劑(Menéndez，R.等人，RSC Adv.，2012，2，9643-9650)；ii)熱還原，其可以由微波輔助或在不同的氣氛(氬氣，真空，氫氣，氫氣/氬氣)中進行(Kaniyoor，A，Baby TT，Arockiadoss T，Rajalakshmi N，Ramaprabhu S.，J Phys Chem C 2011；115：17660-9)；iii)電化學還原(Sundaram RS，Gomez-Navarro C，Balasubramanian K，Burghard M，Kern K.，Adv Mater 2008；20：3050-3)和iv)不同方法的組合，例如化學還原/熱退火或熱還原/氫化。

在熱還原的情況下，應該考慮的是，該工藝是氧化石墨烯的熱分解，其中結合的氧以作為碳的氧化產物的CO和CO₂的形式釋放，并且剩余的碳被還原。氧化石墨的熱剝離/還原是用于制備石墨烯材料的化學還原的令人感興趣的替代方案，這是因為：i)其簡單性，因為剝離氧化石墨以產生氧化石墨烯并將其熱還原為石墨烯都發生在一個步驟中；ii)其可持續性，因為其避免使用不環保的化學品；以及iii)其可擴展性(可放大性，scalability)。然而，通過氧化石墨的熱膨脹和石墨烯片的質量所能制備石墨烯單片的效率取決于石墨的氧化程度和熱處理的條件。其中一個要求是在熱處理階段期間建立足夠的壓力(McAllister MJ，Li JL，Adamson DH，Schniepp HC，Abdala AA，Liu J等人，Chem Mater 2007；19：4396-404)。

在文獻中描述了產生氧化石墨的熱處理的幾種方法。這些方法大多關注于控制所獲得的石墨烯的還原度，這是處理的主要目的。然而，對于某些應用，不僅要求獲得還原度(必要性質)，而且還要求控制被還原直至所需溫度的該特定石墨烯的其他性質。這種情況是指表面積或溶解性質，表面積是在諸如能量儲存設備(例如電池、電容器)的應用中的必要性質，而溶解性質對于催化應用是必須增強的。