[發明專利]一種層間距可控的氧化石墨烯制備方法

有效

• 申請號: 201910064649.2
• 申請日: 2019-01-23
• 公開（公告）號: CN109607526B
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發明（設計）人: 鄭豪;程昱升;陳建芳
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C01B32/198
• 分類號: C01B32/198
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

本發明涉及一種層間距可控的氧化石墨烯制備方法，其制備包括以下步驟：(1)石墨粉在濃硫酸環境下的預氧化，固體經洗滌至中性，晾干待用；(2)預氧化產物在高錳酸鉀和濃硫酸強氧化劑作用下，經多步升溫過程，進行二次氧化；(3)離心分離，冷凍干燥得到氧化石墨烯。該方法的優點在于制備的氧化石墨烯層間距大，而且可通過改變實驗條件可控制備不同層間距大小的氧化石墨烯。為制備有機?無機插層復合物提供了良好的微環境，使氧化石墨烯在復合材料制備及海洋防腐和防污等領域具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于氧化石墨烯制備技術領域，一種用兩步氧化法制備層間距可控的氧化石墨烯的方法。

背景技術

石墨烯是一種單原子厚度的自支撐二維晶體，由碳原子以SP²雜化形成的蜂窩狀平面薄膜，由于其特殊的結構，石墨烯表現出一些優異的性能，包括高導電性，高導熱性，高光學性能和高的機械強度，已成為材料科學、物理、化學和納米技術領域的研究熱點之一。氧化石墨烯是石墨粉末經化學氧化及剝離的產物，特點在于表面官能團豐富，改善了其水溶性、潤濕性和表面活性，使氧化石墨烯在復合材料的制備及防腐和防污領域具有更廣泛的應用前景。

氧化石墨烯化學制備方法分為Hummers法與Tour法。其中Hummers法制備氧化石墨烯通常是在冰水浴中進行，將石墨粉、硝酸鈉和高錳酸鉀依次加入，然后加入適量的濃硫酸反應，依次進行低溫、中溫、高溫三個階段的反應，得到氧化石墨烯。Hassnain Asgar(Materials ScienceEngineering C.2019,94:920-928)和Seyedeh(Composites Part B,2019,161:320-327)采用Hummers法，分別氧化7h和12h，得到層間距分別為和的氧化石墨烯。Abhay(Thin Solid Films,2019,669:85-95)同樣采用Hummers法，氧化時間延長至24h，得到的氧化石墨烯層間距增大到然而在采用Hummers法制備氧化石墨烯的過程中，我們并不能通過改變實驗條件控制氧化石墨烯層間距的大小，且氧化石墨烯層間距比較小。Tour法制備氧化石墨烯通常是將石墨粉在濃硫酸和發煙硝酸中浸泡一段時間后，再將石墨粉與高錳酸鉀、濃硫酸、磷酸混合，在50℃反應數小時，再加入水和雙氧水，得到氧化石墨烯產物。Tanvir(Composites Part B:Engineering,2019,159:248-258)和Manash(Journal of Photochemistry and Photobiology A:Chemistry,2019,372:131-139)采用Tours法，反應時間為15h和24h，得到層間距分別為和的氧化石墨烯。雖然Tours法可以得到層間距較大的氧化石墨烯，但是存在著前處理復雜、危險以及反應時間過長等問題，不能高效制備氧化石墨烯，更不能大規模生產。

綜上所述，盡管目前制備氧化石墨烯已經有很多報道和專利，但是高效、條件溫和、反應時間短、層間距大而可控的制備方法，尤其不需要經過復雜和危險的前處理，仍然是氧化石墨烯制備的追求目標。

發明內容

本發明所要解決的問題是提供一種可控層間距氧化石墨烯的制備方法，這種方法克服了現有的Hummers法Tours法制備氧化石墨烯的缺點，要么層間距小，要么前處理復雜，危險，反應時間長。目的是改變現有的制備方法，提供一種層間距大而且可控的氧化石墨烯化學制備方法。

層間距可控的氧化石墨烯制備方法采用分步氧化法，將石墨分別通過過硫酸鉀、硝酸鈉、高錳酸鉀在濃硫酸環境下的分步氧化，通過改變實驗條件，達到層間距可控的氧化石墨烯目的。

層間距可控的氧化石墨烯制備方法具體步驟如下：