[發明專利]一種利用氫碘酸制備大面積石墨烯紙的方法

在審

• 申請號: 201710020781.4
• 申請日: 2017-01-12
• 公開（公告）號: CN106698405A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 郭新立;張偉杰;趙麗;葛創;張弘毅;王小娟;劉園園;祝龍
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184;C01B32/198
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種利用氫碘酸制備大面積石墨烯紙的方法，屬于材料科學技術領域。

背景技術

石墨烯由于其優異的導電性、透光性、傳熱性和力學性能而在電子、光學等眾多領域展示了巨大的潛在應用價值。氧化還原法制備石墨烯已成為制備大量石墨烯和實現其產業化應用的最有效方法，該方法分為先將石墨氧化成氧化石墨烯、再用一定的還原劑進行還原得到氧化還原石墨烯兩個過程，前者已趨于成熟，而后者如何利用還原劑得到大面積、高質量的氧化還原石墨烯仍是一個巨大的挑戰，是能否實現石墨烯多功能化應用的關鍵。石墨烯紙是由石墨烯漿料形成的膜材料，在超級電容器、電極、光電子器件等領域具有廣泛的應用價值。目前，普遍采用真空抽濾法，將還原后的石墨烯漿料抽濾得到石墨烯紙，這種方法耗時久，成本高，難以得到大面積石墨烯紙，限制了石墨烯紙的廣泛應用。

該方法利用氫碘酸還原培養皿等其他玻璃基底的氧化石墨烯紙，實現了石墨烯紙的簡單快速制備，工藝流程簡單、高效、穩定、可控，成本遠低于常規的石墨烯紙的制備方法，在超級電容器、電極、光電子器件等領域具有廣泛的應用價值。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提供一種利用氫碘酸制備大面積石墨烯紙的方法，該方法工藝流程簡單、高效、穩定、可控，成本遠低于常規的石墨烯紙的制備方法，在超級電容器、電極、光電子器件等領域具有廣泛的應用價值。

技術方案：本發明提供了一種利用氫碘酸制備大面積石墨烯紙的方法，該方法包括以下步驟：

1)將氧化石墨烯溶解于去離子水中并超聲分散，制備成濃度為1mg/L-5mg/L的分散均勻氧化石墨烯溶液，之后將氧化石墨烯溶液注入平底的玻璃容器中，烘干后得到氧化石墨烯紙；

2)將步驟2)得到的氧化石墨烯紙置于玻璃基底容器中，滴加過量氫碘酸進行還原反應，還原反應結束后得到反應物；

3)用去離子水清洗并烘干反應物，得到大面積石墨烯紙。

其中：

步驟1)所述的氧化石墨烯是通過改進的Hummers法制備，具體步驟如下：

步驟一、將石墨粉加入濃硫酸中，之后順次加入硝酸鈉和高錳酸鉀進行密閉反應，得到反應混合液Ⅰ；

步驟二、向反應混合液Ⅰ中加入去離子水，加熱攪拌，得到反應混合液Ⅱ；

步驟三、向反應混合液Ⅱ中加入過氧化氫溶液攪拌，反應后得到反應混合液Ⅲ；

步驟四、靜置去除反應混合液Ⅲ中的上清液，對沉淀物進行反復離心清洗、超聲剝離后干燥得到氧化石墨烯。

步驟一所述的石墨粉：硝酸鈉：高錳酸鉀的質量比為2：1：6，石墨粉與濃硫酸的質量體積比為1g:20～25ml，所述的密閉反應是指加入硝酸鈉和高錳酸鉀后攪拌90-100min，之后在水浴溫度35-40℃條件下，反應40-60min。

步驟二所述的加熱攪拌是指在溫度為93-98℃，攪拌40-60min。

步驟三所述的過氧化氫與石墨粉的體積質量比為13～17ml:1g，所述的攪拌的時長為15-30min。

步驟四所述的反復離心清洗是指在10000-14000rpm轉速下，離心10-15min，直至用氫氧化鋇檢測離心上清液中沒有白色沉淀為止；所述的超聲剝離是指在超聲頻率為20-40khz條件下超聲30-45min。

步驟1)所述的在平底的玻璃容器中烘干的條件為40-80℃下烘干15-24h。

步驟2)所述的玻璃基底容器為培養皿或者燒杯，所述的氫碘酸的質量分數為55％-58％，所述的還原反應的時長為1-8min。

步驟3)所述的用去離子水清洗并烘干的具體步驟為：

步驟①、向還原反應結束的容器中加入去離子水，多次緩釋氫碘酸直至完全去除氫碘酸；

步驟②、向完全去除氫碘酸的容器中繼續加入去離子水，直至充滿整個容器，使得還原反應后的氧化石墨烯紙漂浮于去離子水表面；

步驟③、從容器中轉移出還原反應后的氧化石墨烯紙并烘干，得到大面積石墨烯紙。

步驟③所述的從容器中轉移出還原反應后的氧化石墨烯紙是指利用洗干凈的玻璃平放于還原反應后的氧化石墨烯紙上方，然后從培養皿中轉移出還原反應后的氧化石墨烯紙，所述的烘干溫度為40-80℃。

有益效果：與現有技術相比，本發明具有以下優點：