[發明專利]一種綠色高效剝離石墨制備石墨烯的方法

在審

• 申請號: 202011364635.1
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112408369A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 李希勝
• 申請（專利權）人: 煙臺德鵬晟陽碳材料有限公司
• 主分類號: C01B32/19
• 分類號: C01B32/19
• 代理公司: 山東重諾律師事務所 37228
• 代理人: 任啟明

本發明提供一種綠色高效剝離石墨制備石墨烯的方法，以氨基化茶多酚作為插層剝離劑，鋰鹽的無水有機溶劑作為電解液，配置成剝離介質，以石墨作為陰極，惰性金屬電極為陽極，通過電化學反應，將電解產物與電解質通過低溫高壓均質或/和超聲的機械作用下，進行二次物理液相剝離，然后進行分離和洗滌，最后高溫干燥得到石墨烯粉體。本發明使用氨基化茶多酚/鋰鹽二組分的水溶液作為剝離介質，綠色無污染，廉價易得，可回收利用；且能夠高效剝離石墨片層產生大量單層或少層石墨烯，剝離產率高達100%，所制備的石墨烯具有高導電和導熱特性，有望實現石墨烯的產業化制備。

技術領域

本發明屬于納米材料技術領域，涉及一種石墨烯二維材料的制備方法，具體涉及一種綠色高效液相剝離石墨制備石墨烯的方法。

背景技術

石墨烯（Graphene）是碳原子以sp2雜化軌道組成，具有六角型蜂巢晶格的二維層狀碳納米材料。石墨烯是組成其它碳納米材料的基本單元，它能夠通過翹曲制備得到零維的富勒烯，卷曲得到一維的碳納米管，堆疊得到三維的石墨，也可以通過氧化、插層和剝離得到二維的氧化石墨烯，進一步切割剝離獲得準零維的石墨烯量子點。石墨烯自身大比表面積、高強度、高導電和導熱等優異性能引起研究者們的廣泛關注，并在能源、催化、電子和生物等領域具有重大的應用前景。在此背景下，綠色、高效、高產率制備石墨烯成為滿足其應用需求的關鍵因素。

目前，制備石墨烯的方法主要有微機械剝離法、化學氣相沉積法、電化學氧化法、化學氧化還原法和液相剝離法等。其中微機械剝離法無法實現工業化生產；化學氣相沉積法主要用于制備石墨烯薄膜，且產量和產率極低；電化學氧化法制備效率和產率較低，對電極要求高；化學氧化還原法已經被應用到工業化生產，然而后續產生大量的廢酸、氧化劑和還原劑，后處理成本高，嚴重制約了石墨烯的下游應用。因此，尋找綠色、無毒、無污染的還原劑，成為氧化還原法亟需解決的問題。

茶多酚是茶葉中多酚類物質的總稱，為白色不定形粉末，易溶于水，主要化學成分為兒茶素類、黃酮類、花青索類、酚酸類等4大類物質。茶多酚具有強的抗氧化能力，主要是由于其分子中含有2個以上的鄰位羥基多元酚，具有較強的供氫能力，而且茶多酚和其他抗氧化劑存在協同作用，這些協同作用增強了茶多酚的還原能力。因此，利用茶多酚的還原能力對氧化石墨烯進行還原，制備還原氧化石墨烯具有潛在的意義。中國專利CN 104098087A和中國專利CN 107161984 B分別公開了一種金屬/茶多酚作為還原劑還原氧化石墨烯的方法，和一種抗壞血酸/茶多酚協同作用制備石墨烯的方法，所使用的還原劑綠色無污染、來源廣泛，制備工藝簡單，雙組分還原體系對氧化石墨烯的還原效果更優，解決了還原劑高毒性、制備周期長且工藝復雜等問題。同時，中國發明專利CN 110117002 A公開了一種石墨烯的制備方法，采用了輔助氣體/茶多酚類材料相結合的綠色還原模式，大大阻礙了石墨烯片層之間的π-π堆疊作用，有效的在還原氧化石墨烯同時，阻止了石墨烯在還原過程中的層間堆疊。然而，石墨烯經過強的化學氧化過程所產生的結構缺陷，仍然無法完全修復，從而嚴重影響了石墨烯的本征性質和相關應用。