[發明專利]一種高效環保制備石墨烯材料的方法

有效

• 申請號: 201910558401.1
• 申請日: 2019-06-26
• 公開（公告）號: CN110117006B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 黃浩;高明;喻學鋒;康翼鴻
• 申請（專利權）人: 武漢中科先進技術研究院有限公司
• 主分類號: C01B32/19
• 分類號: C01B32/19
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種高效環保制備石墨烯材料的方法。該方法以石墨為原料、紅磷為輔助材料，利用高能球磨技術結合濃硝酸來實現石墨烯材料的高效環保制備。與現有制備方法相比，本發明方法步驟簡單、高效環保，無需使用有機溶劑，大大降低了制備過程中引起的污染。與此同時，本方法在常溫常壓條件下即可實現，制備過程易于控制，也更利于實現工業化應用。

技術領域

本發明涉及二維納米材料制備領域，特別涉及一種高效環保制備石墨烯材料的方法。

背景技術

近年來，石墨烯材料因其優越的特性，成為新材料的研究熱點，在電學器件、能源催化、生物醫藥等領域得到了廣泛應用。然而，材料的應用的重要前提在于其可以低成本、規?；闹苽??？茖W家和技術人員發展了多種石墨烯的制備方法，包括機械剝離法、超聲液相剝離法等。這些方法均存在一定的局限性，例如效率低、使用有機溶劑、制備條件苛刻等。

近年來，一些新的方法也被提出來。球磨技術作為一種干式加工技術，被應用于石墨及石墨烯領域。北京化工大學團隊開發出一種基于球磨法宏量制備邊緣功能化石墨烯技術，是先在有機溶劑中對石墨粉進行超聲剝離，然后再利用行星式球磨機對剝離的石墨粉進行濕法快速高能球磨，使石墨層層剝離石墨烯。除此之外，也有文獻報道采用低轉速球磨機來對磷和石墨混合物進行球磨，制備出磷碳復合物。

綜上所述，為了進一步拓展石墨烯材料的產業化應用，有必要對石墨烯材料的制備方法進行改進。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是開發出一種高效環保、條件溫和的石墨烯材料的制備方法。具體而言，本發明涉及一種以石墨為原料、紅磷為輔助材料，利用高能球磨技術結合濃硝酸，在常溫常壓條件下，無需使用有機溶劑，即可實現石墨烯材料的高效環保制備。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種高效環保制備石墨烯材料的方法，以石墨為原料，紅磷為輔助材料，利用高能球磨和濃硝酸來高效環保地制備出石墨烯材料，具體的步驟如下：

(1)將紅磷與石墨混合，并利用高能球磨機對混合粉末進行高能球磨；

(2)球磨后的粉末加入水并加熱攪拌至50-80℃，隨后加入濃硝酸進行反應；

(3)反應完成后，對含有粉末的溶液進行離心，再用水分散清洗即可得到石墨烯材料。

所述的石墨為石墨礦或者石墨粉，粒徑小于1cm。

所述的紅磷為粉末或顆粒，粒徑小于1cm。

所述的紅磷與石墨的混合比例為0.5-10。

所述的高能球磨的球磨轉速為1000r/min-1600r/min。

所述的高能球磨的時間為1-10h。

所述球磨后的粉末與水的質量體積比為0.01g/ml～0.1g/ml。

所述濃硝酸與含有粉末的水溶液的體積比為0.25～1。

所述濃硝酸的濃度為65％～95％，反應時間為5～30min。

所述離心的轉速為8000～15000r/min，離心時間為5-15min。

本發明以石墨為原料、紅磷為輔助材料，利用高能球磨使石墨表面和邊緣均勻磷化，這種磷化會在球磨過程中在石墨表面形成保護層保護石墨，避免其形成孔洞結構，使石墨僅僅得到粉碎和磷化，以及初步的剝離。隨后，將混合的粉末與濃硝酸反應，利用濃硝酸對形成的磷碳化合物進行氧化，使磷氧化成磷酸基團，但仍保持磷碳鍵的存在，生成的磷酸基團可以使石墨層間距變大且極大的減小了層間范德華力作用，最終剝離成石墨烯。在制備過程中，本發明可通過紅磷與石墨比例、球磨轉速及時間、濃硝酸質量與反應時間等參數來控制石墨烯材料的尺寸及產率。