[發明專利]一種大尺寸氧化石墨烯的制備方法以及由此得到的大尺寸氧化石墨烯

在審

• 申請號: 201811634588.0
• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN109534335A
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發明（設計）人: 丁古巧;周久順
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所;中國科學院大學
• 主分類號: C01B32/198
• 分類號: C01B32/198
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 鄧琪;宋麗榮

本發明涉及一種大尺寸氧化石墨烯的制備方法，包括將石墨紙作為陽極，鉑片作為陰極，在電解液中進行電化學預處理，以對陽極材料進行插層并對石墨進行剝離；加入到氧化劑與酸的混合液中進行氧化反應；在振蕩器振蕩或磁力攪拌下對氧化石墨進行剝離，使得多層的氧化石墨剝離成單層和少層的氧化石墨烯并分散在去離子水中形成大尺寸氧化石墨烯分散液；離心分離得到氧化石墨烯漿料，進行凍干處理得到大尺寸氧化石墨烯粉體。本發明還提供由上述的制備方法得到的大尺寸氧化石墨烯。本發明以電化學插層石墨為原料，進行氧化反應實現對石墨的快速氧化，自然沉降清洗和柔和機械剝離實現大尺寸氧化石墨烯的快速剝離，具有高效、高產、低成本的特點。

技術領域

本發明涉及石墨烯材料的制備，更具體地涉及一種大尺寸氧化石墨烯的制備方法以及由此得到的大尺寸氧化石墨烯。

背景技術

石墨烯，一種擁有諸多優異性能的二維納米碳材料(如超高的比表面積、電導率、熱導率以及力學強度等)，自從在2004年被英國曼徹斯特大學的A.K.Geim小組首次用機械剝離石墨的方法制備出來后，在復合材料、電子、信息、能源、生物、醫學等領域有著廣泛的發展和應用前景。隨著對石墨烯的研究，產生了許多制備石墨烯的方法，其中，氧化還原法是較為常見的低成本、高效地制備石墨烯材料的方法，這是一種先制備出氧化石墨烯再進行還原得到石墨烯的方法。對石墨進行氧化的方法主要有Brodie、Staudenmaier和Hummers三種方法，Hummers法最為常用。

氧化石墨烯作為石墨烯的衍生物，具有豐富的含氧官能團，其本身在力學、液晶、儲能等方面擁有著良好的性能，使其在光纖、柔性導電薄膜、液晶光學材料、儲能材料等領域得到了廣泛的應用。隨著尺寸的增加，大尺寸氧化石墨烯基材料會具有更高、更好的力學性能、液晶性能和成膜性能。然而作為制備氧化石墨烯的主要方法，Hummers法需要選擇大尺寸鱗片石墨作為制備大尺寸氧化石墨烯的原料。公告號為CN201510042449的中國專利“一種用天然鱗片狀石墨制備大片徑氧化石墨烯的方法”利用200目到50目的未預處理鱗片石墨制備出大尺寸氧化石墨烯，但制備時間較長、氧化溫度高、產率較低且尺寸分布不均勻。因為大尺寸鱗片石墨提高了氧化劑的插層難度，因此，無法快速有效地制備大尺寸氧化石墨烯。為了降低氧化劑的插層難度，公告號為CN201210001537的中國專利“由大尺寸氧化石墨烯片制備高強度導電石墨烯纖維的方法”以及公告號為CN201510786386的中國專利“一種大片層氧化石墨烯的制備方法”對鱗片石墨原料進行插層處理，得到插層石墨，經過氧化得到大尺寸氧化石墨烯，但對鱗片石墨原料的插層處理時間較長，且得到的大尺寸氧化石墨烯產率低，尺寸不均勻。

發明內容

為了解決上述現有技術存在的耗時長、產率低、尺寸小等問題，本發明旨在提供一種大尺寸氧化石墨烯的制備方法以及由此得到的大尺寸氧化石墨烯。

本發明提供一種大尺寸氧化石墨烯的制備方法，包括以下步驟：S1，將石墨紙作為陽極，鉑片作為陰極，在電解液中進行電化學預處理，以對陽極材料進行插層并對石墨進行剝離，得到電化學插層石墨；S2，將電化學插層石墨加入到氧化劑與酸的混合液中進行氧化反應，過濾水洗，加入去離子水，得到氧化石墨和去離子水的混合體；S3，氧化石墨和去離子水的混合體在振蕩器振蕩或磁力攪拌下對氧化石墨進行剝離，使得多層的氧化石墨剝離成單層和少層的氧化石墨烯并分散在去離子水中形成大尺寸氧化石墨烯分散液；S4，對大尺寸氧化石墨烯分散液離心分離得到氧化石墨烯漿料，進行凍干處理得到大尺寸氧化石墨烯粉體。

所述步驟S1具體為：在2V-7V的恒定電壓，室溫-80℃下進行電化學預處理1min-120min，分離得到插層均勻的電化學插層石墨。優選地，用150目尼龍篩將電化學插層石墨從電解液中分離出來并除去小尺寸的電化學插層石墨。通過該尼龍篩進行電化學插層石墨和電解液的分離，不僅可以使電化學插層石墨完全分離，而且分離后的電解液可以重復利用。

所述石墨紙由徑向尺寸(即長寬)在100μm-5000μm的膨脹石墨制備而成。