[發明專利]一種超聲波、超臨界CO2及微波三次剝離制備石墨烯的方法

有效

• 申請號: 201610430761.X
• 申請日: 2016-06-16
• 公開（公告）號: CN106115666B
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發明（設計）人: 何勇;赫恩龍
• 申請（專利權）人: 上海多希石墨烯材料科技有限公司
• 主分類號: C01B32/19
• 分類號: C01B32/19
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司11401
• 代理人: 巴曉艷

1.一種超聲波、超臨界CO₂及微波三次剝離制備石墨烯的方法，其特征在于，所述方法通過對石墨進行三次剝離制備獲得石墨烯，所述三次剝離依次為超聲波初次剝離、超臨界CO₂二次剝離和微波最終剝離；制備獲得的所述石墨烯層數在十層以內，并且所述石墨烯中不含有機官能團；

所述方法具體為：以石墨為原料，對石墨進行氧化和插層處理，烘干后，進行研磨過篩，制備獲得可膨脹石墨；對所述可膨脹石墨利用超聲波進行初次剝離，利用超臨界CO₂進行二次剝離，最后利用微波進行最終剝離并去除有機官團，制備獲得石墨烯；

所述方法包括以下步驟：

(1)石墨氧化、插層處理：以天然鱗片石墨或人造石墨為原料，先加入氧化劑進行氧化反應制備獲得氧化石墨，然后加入插層劑進行插層反應，插層反應結束后對反應液進行抽濾，將濾出固體水洗至中性、烘干，獲得烘干后插層石墨；

(2)制備可膨脹石墨：利用研磨設備將步驟(1)制備的所述烘干后插層石墨進行研磨過篩，獲得可膨脹石墨；所選研磨設備為砂磨機、球磨機和氣流磨中的任意一種；控制研磨過篩后制備獲得的所述可膨脹石墨的粒度為50‐5000目；

(3)超聲波初次剝離：將步驟(2)獲得的可膨脹石墨分散在超聲處理溶劑中，進行超聲波處理以實現初次剝離；其中，超聲波處理的具體條件為：控制超聲處理溫度范圍為30‐80℃，超聲功率為100‐800W,超聲時間1‐10h；

(4)超臨界CO₂二次剝離：將步驟(3)超聲波處理后的反應溶液進行抽濾，將抽濾獲得的固體放入超臨界CO₂反應釜中進行超臨界處理以實現二次剝離，獲得二次剝離石墨；

(5)微波最終剝離：將步驟(4)超臨界處理后的二次剝離石墨在惰性氣體氣氛下進行微波輻照處理以實現最終剝離，去除有機官團，獲得石墨烯層數在十層以內的石墨烯。

2.根據權利要求1所述一種超聲波、超臨界CO₂及微波三次剝離制備石墨烯的方法，其特征在于，步驟(1)石墨氧化、插層處理具體為：以天然鱗片石墨或人造石墨為原料，將原料與氧化劑按照料液比為1:20‐30進行混合，控制溫度0‐5℃攪拌30min進行氧化反應，制備獲得氧化石墨；往氧化反應體系中加入插層劑進行插層反應，控制插層反應條件為50‐60℃、恒溫6‐8h，插層反應結束后對反應液進行抽濾，將濾出固體水洗至中性、80‐90℃烘干2‐3h，獲得烘干后插層石墨。

3.根據權利要求1所述一種超聲波、超臨界CO₂及微波三次剝離制備石墨烯的方法，其特征在于，步驟(1)中所述氧化劑和所述插層劑均為濃硫酸、重鉻酸鹽、雙氧水、濃硝酸、高氯酸鉀、高錳酸鉀和過硫酸銨中的任意一種。

4.根據權利要求1所述一種超聲波、超臨界CO₂及微波三次剝離制備石墨烯的方法，其特征在于，步驟(3)中，所述超聲處理溶劑為N,N‐二甲基甲酰胺、N‐甲基吡咯烷酮、乙醇和二氧六環中的任意一種。

5.根據權利要求1所述一種超聲波、超臨界CO₂及微波三次剝離制備石墨烯的方法，其特征在于，步驟(4)中，所述超臨界處理的具體條件為：控制超臨界處理溫度為100‐200℃，壓力為5‐30MPa，處理時間為1‐5h。

6.根據權利要求1所述一種超聲波、超臨界CO₂及微波三次剝離制備石墨烯的方法，其特征在于，步驟(5)中，在惰性氣體氣氛下進行微波輻照處理具體為：在氮氣氣氛或氬氣氣氛下進行微波輻照處理。

7.根據權利要求1所述一種超聲波、超臨界CO₂及微波三次剝離制備石墨烯的方法，其特征在于，所述微波輻照處理條件為：微波頻率915‐2450MHz，微波輸出功率密度為50‐150mW/cm ³，微波輻照時間為5‐100s。