[發明專利]一種水熱還原制備石墨烯粉體的方法

有效

• 申請號: 202011086620.3
• 申請日: 2020-10-12
• 公開（公告）號: CN112158830B
• 公開（公告）日: 2023-02-24
• 發明（設計）人: 盛利志;王棟梁;江麗麗;周曉明;時君友
• 申請（專利權）人: 北華大學
• 主分類號: C01B32/19
• 分類號: C01B32/19;C01B32/198;C01B32/194
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 李冉

本發明公開了一種水熱還原制備石墨烯粉體的方法，包括以下步驟：(1)采用改性的Hummers法制備氧化石墨烯；(2)將氧化石墨烯加入水中，并進行超聲分散處理，得到氧化石墨烯分散液；(3)向步驟(2)中氧化石墨烯分散液中滴加硝酸和/或硝酸鹽溶液，然后進行超聲分散處理，攪拌均勻，得到混合分散液；(4)將混合分散液置于反應釜，并進行水熱還原反應，得到含石墨烯的分散液；(5)將含石墨烯的分散液水洗，干燥得石墨烯粉體。本發明中通過硝酸根(NO₃^?)輔助作用進行水熱還原，促使在還原氧化石墨烯的過程中，氧化石墨烯層間存在的壓力大于層間的分子作用力，以及在反應完成之后，得到的還原產物石墨烯不團聚。

技術領域

本發明涉及無機納米材料技術領域，更具體的說是涉及一種水熱還原制備石墨烯粉體的方法。

背景技術

石墨烯(Graphene)是由sp²雜化碳原子構成的，一種單原子層厚度的二維碳材料。石墨烯獨特的結構使其表現出優異的光學、電化學以及力學等特性，在傳感器、儲能材料、超級電容器、鋰離子電池、柔性顯示屏幕、航空航天、感光元件等領域具有廣闊的發展前景。因此制備出性能優異的石墨烯材料成為備受關注的研究熱點。英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，于2004年，用微機械剝離法首次從石墨中分離出石墨烯，因此兩人于2010年共同獲得諾貝爾物理學獎。在制備石墨烯的方法上研究人員做出了各種各樣的嘗試，如何制備出剝離度高、缺陷程度低、不易團聚的石墨烯是科研人員不懈的追求。

目前，制備石墨烯的方法主要有以下幾種：機械剝離法、外延生長法、化學氣相沉積法、氧化還原法等。其中氧化還原法以其成本低廉、制備工藝簡單、產率高、可批量生產等特征，是目前應用最為廣泛的方法。主要涉及氧化、剝離、還原三個主要階段。其中還原方法作為氧化還原法制備石墨烯的主要步驟，已多見于文章及專利。如專利CN102066245A、CN110357084A中報道了用水合肼為還原劑的還原方法制備石墨烯粉體，通過該法制備的石墨烯極易團聚，且水合肼易揮發，有毒性；專利CN108546959A中采用硫代硫酸鈉和氫氧化鈉為電解液，用電化學還原氧化石墨烯制備石墨烯粉體的方法，但通過該法制備的石墨烯含有鹽類等雜質；專利CN105906364A中用水熱還原法還原氧化石墨烯制備石墨烯氣凝膠，熱還原過程可以使氧化石墨烯表面羥基、羰基、羧基等含氧官能團快速去除，將氧化石墨烯還原，但水熱還原法制備的石墨烯多以氣凝膠的形式存在，無法制取粉末狀的石墨烯。

因此，如何研制一種工藝簡單，且能夠采用水熱還原法制備出粉體的石墨烯是本領域技術人員亟需解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種通過水熱還原制備石墨烯粉體的方法，引入稀硝酸輔助水熱還原氧化石墨烯，再經過干燥等操作得到石墨烯粉體；該工藝簡單，且能夠直接得到粉體。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：一種水熱還原制備石墨烯粉體的方法，包括以下步驟：

(1)采用改性的Hummers法制備氧化石墨烯；

(2)將氧化石墨烯加入水中，并進行超聲分散處理，得到氧化石墨烯分散液；

(3)向氧化石墨烯分散液中滴加硝酸和/或硝酸鹽溶液，然后進行超聲分散處理，攪拌均勻，得到混合分散液；

(4)將混合分散液置于反應釜，進行水熱還原反應，得到含石墨烯的分散液；

(5)將含石墨烯的分散液水洗，干燥得石墨烯粉體。

本發明的有益效果：本發明中通過硝酸根(NO^3-)輔助作用進行水熱還原，促使在還原氧化石墨烯的過程中，氧化石墨烯層間存在的壓力大于層間的分子作用力，以及在反應完成之后，得到的還原產物石墨烯不團聚，避免了石墨烯間因交聯團聚形成凝膠狀結構。因此，采用本發明中提供的NO₃^-輔助水熱還原的技術，能夠制備出質地均勻的石墨烯粉體。