[發明專利]超聲輔助超臨界液相剝離制備石墨烯的方法

在審

• 申請號: 202010644908.1
• 申請日: 2020-07-07
• 公開（公告）號: CN111732094A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 張小廷;沈偉;曹建蘋;陳韻吉
• 申請（專利權）人: 北京石墨烯研究院
• 主分類號: C01B32/19
• 分類號: C01B32/19
• 代理公司: 北京律智知識產權代理有限公司 11438
• 代理人: 司麗琦;于寶慶

本發明提供一種超聲輔助超臨界液相剝離制備石墨烯的方法，包括：以石墨為原料，對石墨進行二氧化碳超臨界處理的同時進行超聲處理，得到所述石墨烯。該方法工藝簡單、成本低、所用原材料資源豐富且易于大規模生產，所得石墨烯質量高，具有良好的工業化應用前景。

技術領域

本發明涉及石墨烯制備技術領域，具體涉及一種超聲輔助超臨界液相剝離制備石墨烯的方法。

背景技術

石墨烯發現至今已有16年的時間，經過漫長的實驗室研發階段以后，慢慢進入了產業化初期。而大規模的產業化必然要求能夠有成熟的方法進行石墨烯的大量制備。事實上，石墨烯的制備方法有很多種，但是歸結起來主要包括兩類：Top-Down法和Bottom-up法。

Top-Down法通常是以石墨為原料，通過各種物理或者化學的手段增大石墨層間距，進而對石墨進行剝離獲得石墨烯。此類方法主要包括氧化還原法、機械剝離法以及液相插層剝離法等。氧化還原法是利用硫酸、高錳酸鉀等強氧化劑將石墨氧化，從而增大石墨層間距，經超聲剝離得到氧化石墨烯，再經高溫還原，即可得到石墨烯。機械剝離法是利用一些特有的設備對石墨進行物理處理從而獲得石墨烯。液相插層剝離是利用特定的有機溶劑對石墨進行插層從而獲得石墨烯。

Bottom-up法通常是以小分子氣體、有機物或者碳化硅為原料，通過一定的物理化學過程去除非碳元素，使得碳原子重新排列，進而獲得石墨烯。此類方法主要包括化學氣相沉積法、外延生長法以及化學合成法等。化學氣相沉積法通常是以含碳類的小分子氣體為原料，在銅、鎳等金屬的催化作用下，使小分子在催化劑表面分解，碳原子重新排列從而形成石墨烯結構。外延生長法是在高溫高真空的條件下，使碳化硅中的硅碳鍵斷裂，硅原子從表面升華，富集在表面的碳原子重新排列形成sp²雜化的碳碳鍵。化學合成法通常是以有機化合物為原料，高溫高壓下熱解形成石墨烯。

在這些制備方法中，氧化還原法制備過程中會造成環境污染，化學氣相沉積法和外延生長法設備昂貴、成本較高。而物理機械剝離法由于原料成本低廉，對環境友好，是一種比較有前景產業化的方法。之前的報道結果通常采用單一的機械剝離手段進行，為了提高剝離效率以及產品質量，需要一種新的組合機械剝離制備石墨烯的方法。

需注意的是，前述背景技術部分公開的信息僅用于加強對本發明的背景理解，因此它可以包括不構成對本領域普通技術人員已知的現有技術的信息。

發明內容

本發明的一個主要目的在于克服上述現有技術的至少一種缺陷，提供一種超聲輔助超臨界液相剝離制備石墨烯的方法，以解決現有石墨烯制備工藝成本高、產品質量低等問題。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明提供一種超聲輔助超臨界液相剝離制備石墨烯的方法，包括以石墨為原料，對石墨進行二氧化碳超臨界處理的同時進行超聲處理，得到石墨烯。

根據本發明的一個實施方式，還包括向石墨中加入第一溶劑和第一分散劑充分混合，得到的第一分散液作為原料；其中第一溶劑選自水、N-甲基吡咯烷酮和乙醇中的一種或多種，第一分散劑選自脂肪酸鈉、氨基酸鈉、酮基磺胺鈉、十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨、卵磷脂、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、木質素磺酸鈉、烷基葡糖苷、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦和聚山梨酯中的一種或多種，石墨和第一溶劑的質量比為1:10～200，石墨與第一分散劑的質量比為200～5:1。

根據本發明的一個實施方式，包括：將原料置于連接有超聲設備的反應釜中；通入二氧化碳于反應釜，調節反應釜的壓力為8MPa～100MPa，溫度為35℃～500℃，并設定超聲功率為500W～3000W，保持0.1h～10h進行反應。

根據本發明的一個實施方式，還包括：向反應后的產物加入第二溶劑和第二分散劑充分混合得到第二分散液，第二分散液于100MPa～300MPa的壓力下均質處理后，干燥得到石墨烯。