[發(fā)明專利]一種大規(guī)模制備石墨烯的方法以及應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011209841.5
• 申請(qǐng)日: 2020-11-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112624093A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉波;汪敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B32/19
• 分類號(hào): C01B32/19;H01G11/36;H01G11/86
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 任美玲

本發(fā)明提供了一種大規(guī)模制備石墨烯的方法，包括以下步驟：將廢紙粉碎后在保護(hù)氣氛條件下進(jìn)行碳化，得到碳化產(chǎn)物；將所述碳化產(chǎn)物在鹽酸溶液中進(jìn)行超聲處理后進(jìn)行洗滌干燥，得到石墨烯。本發(fā)明提供的方法對(duì)設(shè)備要求低，工藝簡(jiǎn)易且安全，無(wú)需外加催化劑，生產(chǎn)成本大大降低，對(duì)環(huán)境基本沒(méi)有污染，且原材料為使用過(guò)的廢紙，廉價(jià)易獲得，因此適合在工業(yè)上大規(guī)模應(yīng)用和生產(chǎn)，并且制備得到的石墨烯用于超級(jí)電容器中具有良好的電學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于石墨烯技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大規(guī)模制備石墨烯的方法以及應(yīng)用。

背景技術(shù)

石墨烯是一種新型的二維材料，由于其優(yōu)異的理論比表面積和電性能，石墨烯在電化學(xué)領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用潛力，例如超級(jí)電容器，電池，燃料電池和電催化劑材料。然而，高質(zhì)量石墨烯的大規(guī)模生產(chǎn)一直具有挑戰(zhàn)性，限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用。因此，對(duì)其放大合成的研究始終是個(gè)重要的研究課題。迄今為止，石墨烯的合成方法主要分為自頂向下策略和自底向上策略。自上而下的策略旨在通過(guò)物理或化學(xué)方法破碎和分離石墨薄片，包括微機(jī)械剝離法，液體剝離法，氧化還原法等。盡管微機(jī)械剝離法首先從石墨中分離出了石墨烯，但該方法產(chǎn)率極低，因此僅適合于小型研究用途。至于液體剝離法，通常需要一些有毒，昂貴的高沸點(diǎn)溶劑才能完成剝離，這不經(jīng)濟(jì)，也容易對(duì)環(huán)境造成大量污染。目前，從化學(xué)上將氧化石墨烯(GO)還原為還原氧化石墨烯(rGO)的方法已被廣泛使用，因?yàn)樗梢耘可a(chǎn)單層石墨烯且成本相對(duì)較低。然而，大量在缺陷氧化還原過(guò)程被引入，這些缺陷對(duì)石墨烯的電子和電學(xué)性能有不良影響。與自上而下的策略相反，自下而上的策略可以通過(guò)在高溫下處理非石墨含碳物質(zhì)來(lái)獲得石墨烯，例如化學(xué)氣相沉積 (CVD)，外延生長(zhǎng)等等。盡管已經(jīng)開(kāi)發(fā)出CVD來(lái)制備單層石墨烯，但是這種方法需要使用金屬材料作為催化基底和高溫氣相工藝，這進(jìn)一步阻礙了石墨烯的廣泛應(yīng)用和商業(yè)化。

另一方面，全世界目前每年生產(chǎn)紙張約200億噸，這些紙張使用完后一般就地掩埋或焚燒，造成極大的浪費(fèi)，同時(shí)對(duì)生態(tài)環(huán)境也有很大的壓力。如何對(duì)這些廢紙進(jìn)行合理的處理及利用是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種大規(guī)模制備石墨烯的方法以及應(yīng)用，本發(fā)明提供的方法無(wú)需外加催化劑，對(duì)設(shè)備要求低，工藝簡(jiǎn)易且安全，生產(chǎn)成本大大降低，對(duì)環(huán)境基本沒(méi)有污染，且原材料為使用過(guò)的廢紙，廉價(jià)易獲得，因此適合在工業(yè)上大規(guī)模應(yīng)用和生產(chǎn)，并且制備得到的石墨烯用于超級(jí)電容器中具有良好的電學(xué)性能。

本發(fā)明提供了一種大規(guī)模制備石墨烯的方法，包括以下步驟：

將廢紙粉碎后在保護(hù)氣氛條件下進(jìn)行碳化，得到碳化產(chǎn)物；

將所述碳化產(chǎn)物在鹽酸溶液中進(jìn)行超聲處理后進(jìn)行洗滌干燥，得到石墨烯。

優(yōu)選的，所述保護(hù)氣氛條件選自氮?dú)狻?/p>

優(yōu)選的，所述廢紙選自復(fù)印紙。

優(yōu)選的，所述碳化的升溫速率為6～8℃/min，所述碳化的溫度為 600～900℃，所述碳化的時(shí)間為10～30min。

優(yōu)選的，所述鹽酸溶液的濃度為2～4mol/L，所述超聲處理的時(shí)間為4～10 小時(shí)。

優(yōu)選的，所述洗滌為分別用去離子水和95％的乙醇溶液進(jìn)行抽濾洗滌。

優(yōu)選的，所述干燥為80～100℃干燥2～4h。

本發(fā)明還提供了一種上述方法制備得到的石墨烯。

本發(fā)明還提供了一種超級(jí)電容器，包括上述石墨烯。