[發明專利]一種單層或少層的石墨烯的制備方法

有效

• 申請號: 201910232732.6
• 申請日: 2019-03-26
• 公開（公告）號: CN110143586B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 丁古巧;周建
• 申請（專利權）人: 中科悅達（上海）材料科技有限公司
• 主分類號: C01B32/19
• 分類號: C01B32/19
• 代理公司: 上海天翔知識產權代理有限公司 31224
• 代理人: 高迷想

本發明涉及一種單層或少層的石墨烯的制備方法，該方法利用糖醇類化合物作為剝離劑，采用均質、超聲、高壓溢流撞擊、砂磨中的一種或幾種機械方式對懸浮液中層狀石墨進行機械剝離。本發明的方法利用糖醇類化合物的溶液的乳化分散作用將層狀石墨均勻懸浮，在進行機械剝離的同時依靠糖醇類化合物的粘黏特性進行協同拉伸撕裂剝離，達到剝離石墨形成單層或少層石墨烯分散液。該方法可采用天然原料水性體系、低粘度體系下運用機械物理法進行剝離，具有生態環保、生產成本低，石墨烯易于分離提純，能夠批量化生產單層或少層的、具有較好水性潤濕分散性、氧化少的石墨烯，同時剝離載體原料可以進行回收直接再利用，減少廢水排放。

技術領域

本發明涉及一種單層或少層石墨烯的制備方法，更具體地說，涉及一種利用糖醇類化合物作為剝離劑，采用剪切、均質、超聲、研磨中的一種或幾種機械方式在層狀石墨的懸浮液中對層狀石墨進行機械剝離。

背景技術

石墨烯是一種碳原子緊密堆積成單原子二維蜂窩狀晶格結構的碳質材料，由于其超薄、二維(2D)的性質及其前所未有的性能，石墨烯已成為研究最熱的納米材料。其超高的比表面積(單層石墨烯比表面積理論計算為2620m²/g)、優異的電子遷移率(200000cm²/(V·s))高的熱導率(導熱系數高達5300W/m·k)、超強的力學性能和良好的生物相容性，可以用于納米復合材料、催化劑載體、納米電子器件、超導材料、儲能器件、顯微濾網、傳感器和生物醫療等領域。

自英國曼徹斯特大學Andre Geim與Konstantin Novoselov在2004年使用Scotch膠帶成功剝離石墨獲得單層石墨烯以來，發展了很多種制備石墨烯的方法。化學氣相沉積(CVD)和外延生長制備石墨烯，碳原子容易在金屬缺陷位置，而且表面技術不能很好地擴展宏觀量石墨烯的應用。大量的石墨烯可以通過大塊石墨的物理和化學剝落，氧化還原氧可以實現批量生產石墨烯，但是由于生產過程產生大量的廢水，較低的生態環保性，而且氧化過程中石墨烯的結構遭到破壞，難以得到高質量的石墨烯產品；采用層狀石墨，在某些穩定溶劑或表面活性劑水溶液超聲制備無缺陷納米片，由于超聲波作為能源的使用而受到限制；采用溶劑進行機械剝離制備石墨烯，溶劑難以完全除去，使得制得的石墨烯的應用受到限制，電化學剝離石墨烯，同樣存在氧化缺陷及環境污染，剝離效率低的問題。

因此，迫切需要具有一種石墨烯生產方法，既能夠環境友好，又能消除或減少不必要的化學物質進入排放系統或殘留在石墨烯中、生產石墨烯缺陷少、生產成本低，效益高、同時能夠批量化生產。

國內外很多專家團隊在綠色剝離石墨烯做了很多的探索和嘗試，采用天然材料，或者來自天然材料的衍生物作為剝離載體制備綠色生態，生物相容性好的石墨烯。

瓦茲克斯教授的團隊設計了一種新的綠色方法來制造石墨烯納米材料，這也可以使石墨烯在生物領域中的應用研究變得更容易。該方法使用球磨法剝離石墨，加入葡萄糖作為助劑，此外，通過在球磨處理中添加少量的水，最終制備出了石墨烯-葡萄糖共晶體。這項工作的創新之處在于，他們使用的是葡萄糖作為助劑，而不是NMP和DMF等這些有毒的溶劑化合物，已被證明對人類健康有毒害等副作用(Viviana JehováGonzález，et al.SweetGraphene:Exfoliation of Graphite and Preparation of Glucose-grapheneCocrystals Through Mechanochemical Treatments.Green Chem.，2018，20，3581)；