[發明專利]一種嵌錳石墨烯及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201710704271.9
• 申請日: 2017-08-16
• 公開（公告）號: CN107381551B
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發明（設計）人: 楊中柱;鄭穎;趙美蓮;何巧;伍權;詹昌霖
• 申請（專利權）人: 成都中醫藥大學
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184;C01B32/198
• 代理公司: 成都高遠知識產權代理事務所(普通合伙) 51222
• 代理人: 李高峽;張娟

本發明公開了MnO₃⁺作為插層劑在制備嵌錳石墨烯中的應用。本發明還公開了一種嵌錳石墨烯及其制備方法和用途，以及一種低密度的氧化石墨烯及其制備方法。本發明的反應條件溫和，全程在室溫下操作，不需要中溫、低溫和高溫等繁瑣的操作和控制，其中，MnO₃⁺和濃硫酸能夠以液體的形式分離出反應體系，可以循環使用，極為有效地降低了成本，而且，本發明氧化石墨烯的密度小，可以用類似浮選法進行分離，簡便易行，非常適合產業上的應用。

技術領域

本發明涉及一種嵌錳石墨烯及其制備方法與應用。

背景技術

氧化石墨烯，因其較大的表面積、獨特的二維結構和優異性能，近年來已成為國內外研究的熱點，得到了越來越廣泛的應用，以石墨為原料制備氧化石墨烯的方法有很多，其中最常用的方法是Hummers法，其特點是用KMnO₄和濃硫酸作為氧化劑制備氧化石墨烯。

然而，現有的Hummers法需要繁瑣的控溫過程，通常由低溫、中溫和高溫三個步驟，能耗較高；同時，過量的高錳酸鉀和濃硫酸的加入增加了后續雙氧水的用量，直接增加了制備成本；而且，傳統的分離過程需要離心，也是能耗較高的工序。

為了克服上述缺陷，需要提供一種更好的制備功能化石墨烯的方法，尤其是對氧化石墨烯的現有制備方法作進一步改進。

發明內容

為了解決上述問題，本發明公開了MnO₃⁺作為插層劑在制備嵌錳石墨烯中的應用，嵌錳石墨烯及其制備方法和用途，以及一種低密度的氧化石墨烯及其制備方法。

本發明公開了MnO₃⁺作為插層劑在制備嵌錳石墨烯中的應用。

插層劑：石墨層間連接緊密，為了促使其剝離，制備出具有較低片層的石墨烯或石墨烯衍生物，需要將極性分子插層到石墨層間，增大其層間距，這類插層到片層間的極性分子即為插層劑。

本發明公開了一種嵌錳石墨烯。

其中，所述的嵌錳石墨烯為紫色。

其中，所述的嵌錳石墨烯包含如下結構：

其中，R為H、OH、HSO₄、MnO₄、COOH或氫鍵相連的H₂O；本發明使用的插層劑MnO₃⁺為平面結構，這就使得MnO₃⁺作為插層劑在相對溫和的條件下就能夠較容易地嵌入到石墨片層間。

本發明還公開了一種制備嵌錳石墨烯的方法，包括以下步驟：

①、石墨的預處理：25±2℃下，取石墨、硝酸鈉和濃硫酸，混勻，得混合物A；

②、制備MnO₃⁺：25±2℃下，取硝酸鈉、高錳酸鉀和濃硫酸，混勻，得混合物B；

③、MnO₃⁺作為插層劑制備嵌錳石墨烯：25±2℃下，將混合物B加入到混合物A中，進行反應，得嵌錳石墨烯。

本發明制備嵌錳石墨烯可能的機理是：預處理后的石墨粉，其表面含有羥基(類似膨脹石墨粉)，與MnO₃⁺反應，使平面結構的MnO₃⁺與羥基氧結合并放出氫離子，MnO₃⁺的平面構型轉化為-MnO₄的四面體結構并連接在氧化石墨烯表面，使得石墨片層間距增大，有利于MnO₃⁺進一步插層。