[發(fā)明專利]一種高膨脹體積石墨烯聚集體及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611036421.5
• 申請日: 2016-11-23
• 公開（公告）號: CN108083260B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林信平;周松;任茂林;吳猛祥;孫榮嚴(yán);王文韜;楊劍衛(wèi)
• 申請（專利權(quán)）人: 比亞迪股份有限公司
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184
• 代理公司: 北京潤平知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11283
• 代理人: 嚴(yán)政;劉依云

本發(fā)明涉及石墨烯領(lǐng)域，公開了一種高膨脹體積石墨烯聚集體及其制備方法和應(yīng)用。所述高膨脹體積石墨烯聚集體的制備方法包括將層狀石墨和氧化劑在插層劑的存在下進(jìn)行氧化反應(yīng)，得到可膨脹石墨，然后將所述可膨脹石墨進(jìn)行高溫處理以使得所述可膨脹石墨剝離為石墨烯，得到高膨脹體積石墨烯聚集體，其中，所述插層劑為強(qiáng)酸和有機(jī)酸的混合物，且所述強(qiáng)酸為溴酸和/或碘酸，所述有機(jī)酸選自甲酸、乙酸和乙二酸中的至少一種。采用本發(fā)明提供的方法制備得到的高膨脹體積石墨烯聚集體不僅具有較高的膨脹體積，而且有害物質(zhì)的排放量也非常低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石墨烯領(lǐng)域，具體地，涉及一種高膨脹體積石墨烯聚集體及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

石墨由一層層以蜂窩狀有序排列的平面碳原子堆疊而形成，石墨的層間作用力較弱，容易互相剝離而形成薄薄的石墨片。當(dāng)把石墨片剝成單層之后，這種只有一個碳原子厚度的單層就是石墨烯。而石墨烯聚集體是指由多層石墨烯堆疊在一起而形成的材料，該材料具有較大的比表面積，主要用于儲能或者進(jìn)一步分散制備石墨烯粉體。

目前制備石墨烯的方法主要有物理法和化學(xué)法。其中，物理法包括機(jī)械剝離法、液相剝離法、直接生長法，化學(xué)法包括氧化還原法、有機(jī)合成法、溶劑熱合成法。例如，CN105439130A公開了一種石墨烯的制備方法，該方法包括如下步驟：(1)將高純鱗片石墨、濃硫酸、發(fā)煙硝酸、濃磷酸按照1:1-100:1-20:1-20重量比混合，在20-100℃混合反應(yīng)1-16h，反應(yīng)完成后用超純水清洗至pH接近7，抽濾，將抽濾后物料放置在高溫烘箱內(nèi)，在溫度25-300℃下干燥12-96h，收集烘干物料；(2)將步驟(1)所得烘干物料、濃硫酸、硝酸鹽、強(qiáng)氧化劑按照1:1-150:0.1-5:1-20重量比混合，在-5～60℃下混合反應(yīng)1-20h，反應(yīng)完成后用1:10-5000重量比的超純水稀釋，添加1:1-100重量比的雙氧水，混合反應(yīng)0.1-3h，將反應(yīng)后溶液用鹽酸和超純水按照1:0.5-5:10-5000重量比清洗至pH接近7；(3)將步驟(2)清洗后的氧化石墨烯溶液濃縮，得到氧化石墨烯溶膠；(4)將步驟(3)得到的氧化石墨烯溶膠放入還原劑中還原，得到不同片徑的石墨烯；其中，所述還原劑選自水合肼、硼氫化鈉、鋁氫化鋰、氫碘酸、氫溴酸、維生素C和葡萄糖中的至少一種。然而，采用該方法制備得到的石墨烯聚集體的膨脹容積較低，這樣會使得經(jīng)液相剝離得到的石墨烯的穩(wěn)定性較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決采用現(xiàn)有的方法制備得到的石墨烯聚集體的膨脹容積較低的缺陷，而提供一種具有較大膨脹容積的高膨脹體積石墨烯聚集體及其制備方法和應(yīng)用。

本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過深入研究之后發(fā)現(xiàn)，倘若在石墨氧化過程中僅采用強(qiáng)酸如溴酸和碘酸作為插層劑，會造成插層物質(zhì)過于單一，且排放的酸性氣體較多，對環(huán)境不友好；倘若在石墨氧化過程中采用強(qiáng)酸如硫酸和硝酸作為插層劑，所得石墨烯聚集體的膨脹體積不高，這樣會使得后續(xù)液相剝離得到的石墨烯導(dǎo)電劑的穩(wěn)定性較差；而倘若在石墨氧化過程中僅采用有機(jī)酸作為插層劑，則由于有機(jī)酸分子電離能力弱、結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜且體積較大，不容易進(jìn)入石墨層間，將使得到的石墨烯聚集體的膨脹容積較小，達(dá)不到后期制備石墨烯導(dǎo)電漿液的水平。而將強(qiáng)酸(溴酸和/或碘酸)與有機(jī)酸(甲酸、乙酸和乙二酸中的至少一種)配合使用作為插層劑能夠極大地改善上述缺陷，不僅能夠使膨脹體積達(dá)到較高的水平，而且還能夠使排放污染物降到最低。基于此，完成了本發(fā)明。

具體地，本發(fā)明提供了一種高膨脹體積石墨烯聚集體，其中，所述高膨脹體積石墨烯聚集體的膨脹容積不低于450mL/g。

本發(fā)明還提供了一種高膨脹體積石墨烯聚集體的制備方法，該方法包括將層狀石墨和氧化劑在插層劑的存在下進(jìn)行氧化反應(yīng)，得到可膨脹石墨，然后將所述可膨脹石墨進(jìn)行高溫處理以使得所述可膨脹石墨剝離為石墨烯，得到高膨脹體積石墨烯聚集體，其中，所述插層劑為強(qiáng)酸和有機(jī)酸的混合物，且所述強(qiáng)酸為溴酸和/或碘酸，所述有機(jī)酸選自甲酸、乙酸和乙二酸中的至少一種。

本發(fā)明還提供了由上述方法制備得到的高膨脹體積石墨烯聚集體。