專利名稱:一種氧化還原制備石墨烯的方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種氧化還原制備石墨烯的方法,屬于石墨烯的制備技術(shù)。
背景技術(shù):
術(shù)語石墨烯是指緊密堆積成二維六方蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的單層碳原子。2004年英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的Andre Geim和Konstantin Novoselov兩位科學(xué)家在制備二維空間材料石墨烯(Graphene)方面取得了開創(chuàng)性的進(jìn)展(K. S. Novoselov,Α. K. Geim et al Science 306,666 (2004)),獲得了 2010年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。石墨烯的發(fā)現(xiàn)立即引起了科學(xué)界的轟動(dòng),石墨烯是一種全新的材料,其厚度達(dá)到前所未有的小,而且機(jī)械強(qiáng)度也非常的高。同時(shí), 它也具有比銅還要高的良好導(dǎo)電性,在導(dǎo)熱方面,更是超越了目前已知的其他所有材料,可以預(yù)見在未來的納米電子器件與集成電路,柔性電子器件,超高靈敏傳感器等新型電子器件,復(fù)合材料,太陽能電池,超級(jí)電容,儲(chǔ)氫材料等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。自從石墨烯被發(fā)現(xiàn)以來,關(guān)于石墨烯的制備研究不斷取得重要的進(jìn)步。目前已經(jīng)報(bào)道的制備方法主要有微機(jī)械剝離、外延生長(zhǎng)、化學(xué)氣相沉積和溶液相制備等幾種,特別是化學(xué)氣相沉積法和溶液化學(xué)法(氧化石墨法)使規(guī)模制備石墨烯已經(jīng)成為可能,但是相比溶液化學(xué)法,其他方法因其操作復(fù)雜、條件苛刻或是產(chǎn)率低下而難以應(yīng)用到石墨烯的大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用之中。氧化還原法主要是利用強(qiáng)氧化劑對(duì)天然石墨進(jìn)行插層氧化后得到氧化石墨,然后將氧化石墨通過超聲、攪拌或震蕩進(jìn)行單層剝離得到氧化石墨烯,最后經(jīng)還原得到石墨烯。 氧化還原法可以大量、高效的制備出石墨烯,并且過程簡(jiǎn)單,因此石墨烯氧化物是大規(guī)模制備石墨烯材料的一條有效的途徑。但目前氧化還原方法仍有很多理論和技術(shù)上的不足,阻礙了其大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn),氧化階段的反應(yīng)機(jī)理、氧化石墨的化學(xué)結(jié)構(gòu)仍然存在很大的爭(zhēng)論,而且得到的石墨烯尺寸較小(通常只有幾微米)、制備周期長(zhǎng),而且產(chǎn)物濃度低,離大規(guī)模生產(chǎn)仍有較大的距離, 嚴(yán)重阻礙了后續(xù)的大規(guī)模應(yīng)用。因此,如何高效的、大規(guī)模的、低成本的、可控地制備和合成出大尺寸的石墨烯材料依然是該領(lǐng)域的研究和應(yīng)用的關(guān)鍵之一。其次在還原階段,要恢復(fù)石墨烯完美的晶格結(jié)構(gòu),根本上就是除去氧化石墨烯上面的各種基團(tuán)(羥基、羧基、環(huán)氧基、羰基),該過程一般要使用很強(qiáng)的還原劑。目前的氧化反應(yīng)主要有還原劑方法和熱還原方法。目前所用的還原劑主要有水合胼、硼氫化鈉、對(duì)苯二胺等,雖然這些還原劑能有效的將氧化石墨還原,但是其巨大的毒性限制了推廣和應(yīng)用。最近,有人又先后用抗壞血酸、 葡萄糖、檸檬酸、氨基酸、硫化物等綠色氧化劑,但是他們的還原效果沒有水合胼好,團(tuán)聚嚴(yán)重。因此尋找有效而綠色的還原劑,是還原制備石墨烯的又一重要趨勢(shì)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為了改進(jìn)當(dāng)今液相石墨烯制備技術(shù)的缺點(diǎn)和不足而提供了一種氧化還原制備石墨烯的方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案為一種氧化還原制備石墨烯的方法,其具體步驟如下1)氧化石墨的制備通過改性的Hummer法制備氧化石墨;按強(qiáng)酸的體積與石墨的質(zhì)量比為15ml/ g-50ml/g取天然鱗片石墨與強(qiáng)酸溶液混合均勻后,然后加入硝酸鉀,其中硝酸鉀與石墨質(zhì)量比為1-2 1,在水浴溫度為0-20°C下加入強(qiáng)氧化劑,其中強(qiáng)氧化劑與石墨的質(zhì)量比為 2-6 1,升溫至40-70°C下反應(yīng)l_3h,按蒸餾水的體積與石墨的比為30ml/g-80ml/g,加入蒸餾水,在75-95°C反應(yīng)10-30min,終止氧化反應(yīng),過濾或者離心洗滌氧化石墨體系pH為 5-7之間,在40-80°C下真空干燥得到氧化石墨固體;2)氧化石墨烯的制備將步驟1)制備得到的氧化石墨固體分散在水中,形成質(zhì)量濃度為2-7. Omg/ml的氧化石墨懸濁液,將該懸濁液超聲分散,然后在振蕩器上震蕩剝離,實(shí)現(xiàn)單層剝離,得到均勻穩(wěn)定氧化石墨烯懸濁液;3)石墨烯懸濁液的制備將步驟2)制得的氧化石墨烯懸濁液中加入堿調(diào)節(jié)pH為9-10之間,然后按還原劑與氧化石墨烯懸濁液中氧化石墨烯的質(zhì)量比為2-10 1,將還原劑加入到氧化石墨烯懸濁液中,再加入氧化石墨烯的質(zhì)量比為0-2 1的表面活性劑,在溫度為90-96°C下反應(yīng) 20min-3h,得到均勻穩(wěn)定的石墨烯分散液。優(yōu)選上述的強(qiáng)酸質(zhì)量濃度為98%的硫酸、質(zhì)量濃度為60-67%硝酸或兩者的任意比例的混合酸;優(yōu)選所述的強(qiáng)氧化劑至少為高錳酸鉀、高氯酸鉀或五氧化二磷中的一種; 優(yōu)選步驟3)中所述的還原劑至少為抗壞血酸、亞硫酸氫鈉或鹽酸羥胺中的一種。步驟1)中所述的終止氧化反應(yīng)為;如果加入的強(qiáng)氧化劑為高錳酸鉀,先加入蒸餾水然后加入雙氧水終止氧化反應(yīng),其中加入蒸餾水的體積與石墨的比為50ml/g-200ml/g, 雙氧水的質(zhì)量濃度為30%,加入雙氧水的體積與高錳酸鉀的質(zhì)量比為lml/g-3ml/g ;如果加入的強(qiáng)氧化劑為高氯酸鉀或五氧化二磷,加入蒸餾水終止氧化反應(yīng),其中加入蒸餾水的體積與石墨的比為50ml/g-200ml/g。優(yōu)選步驟2)中超聲頻率為40-80KHZ,超聲時(shí)間為5-10分鐘;振蕩器速度為 160-200rpm,震蕩剝離時(shí)間為6-12h。優(yōu)選步驟3)中所述的調(diào)節(jié)氧化石墨烯溶液的pH所用的堿是質(zhì)量濃度為10-28%的氨水。優(yōu)選步驟3)中所述的表面活性劑為聚氧乙烯月桂醚或曲拉通X100。本發(fā)明通過幾種綠色無毒還原劑優(yōu)缺點(diǎn)的相互比較,優(yōu)化反應(yīng)的條件和工藝,尋求最佳的、適合工業(yè)化的工藝。抗壞血酸,酸性,具有較強(qiáng)的還原性,加熱或在溶液中易氧化分解,在堿性條件下更易被氧化,為己糖衍生物。在還原氧化石墨烯的過程中,同時(shí)生成左旋色氨酸,色氨酸具有分散石墨烯的作用,阻止石墨烯的團(tuán)聚,所以用抗壞血酸做還原劑, 不再需要加入多余的表面活性劑來分散石墨烯、阻止石墨烯的團(tuán)聚。但是抗壞血酸由于價(jià)格昂貴,工業(yè)化規(guī)模成產(chǎn)成本相對(duì)較高。鹽酸羥胺,主要用作還原劑和顯像劑,毒性小。在制備石墨烯懸濁液的過程中,是利用氨水和鹽酸羥胺反應(yīng)是釋放出游離的羥胺,在90°C水浴中羥胺作為還原劑與氧化石墨烯反應(yīng),得到石墨烯溶液。相對(duì)于抗壞血酸,鹽酸羥胺價(jià)格低廉,工業(yè)化生產(chǎn)成本低,易于大規(guī)模生產(chǎn)。但是鹽酸羥胺制備的石墨烯溶液濃度很低,濃度高容易產(chǎn)生團(tuán)聚。優(yōu)化加入表面活性劑,阻止團(tuán)聚現(xiàn)象,制備濃度高的石墨烯溶液。硫酸
4氫鈉,相對(duì)于現(xiàn)有的還原劑,硫酸氫鈉替代胼等毒性大、危險(xiǎn)性的試劑,制備方法更加安全和環(huán)境友好。其次,和其他還原劑相比,亞硫酸氫鈉制備出的石墨烯具有更高的導(dǎo)電性和品質(zhì),很好的恢復(fù)了石墨烯完美的晶格結(jié)構(gòu)。最后,硫酸氫鈉原料廉價(jià)易得、制備工藝簡(jiǎn)單,適合大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn),可廣泛用于新型的石墨烯材料與器件的制備。有益效果本發(fā)明制備石墨烯的工藝簡(jiǎn)單,制備效率高、成本低廉,制備的石墨烯尺寸大,質(zhì)量高,易于工業(yè)的大規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明采用超聲和震蕩的聯(lián)合使用,其中采用超聲可以實(shí)現(xiàn)氧化石墨的預(yù)剝離, 其作用不僅使氧化石墨剝離成單層或者少層的氧化石墨烯,而且顯著抑制了石墨烯層間的堆砌,這些可以歸因于超聲輻射作用中的空化作用。但是長(zhǎng)時(shí)間的超聲會(huì)擊碎大的片狀氧化石墨,所以為了制備尺寸大的石墨烯,引入了震蕩器,振蕩器的是一種非常柔和的震蕩剝離出單層的氧化石墨烯,它的優(yōu)點(diǎn)就是可以制備出大尺寸的石墨烯,尺寸和初始的天然鱗片石墨相差無幾。
圖1為初始石墨(a)、實(shí)施例1制備的氧化石墨(b)和石墨烯(c)的XRD圖;圖2為初始石墨(a)、實(shí)施例1制備的氧化石墨烯(b)和氧化石墨(C)的拉曼 (Raman)譜圖;圖3為實(shí)施例1制備的氧化石墨(b)和石墨烯(C)、實(shí)施例2制備的石墨烯(d)的傅立葉變換紅外(FTIR)譜圖;圖4為實(shí)施例1制備石墨烯(c)和實(shí)施例2制備的石墨烯(d)的透射電鏡(TEM) 照片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例1 1)氧化石墨的制備取Ig (83目)天然鱗片石墨與50ml質(zhì)量濃度為98 %硫酸混合均勻后,加入1. Og 硝酸鉀,在15°C的水浴中快速加入6g高錳酸鉀,混合均勻,加入高錳酸鉀的過程保持體系溫度0-20°C。然后將體系溫度升高到40°C,反應(yīng)3h,然后加入30ml水,同時(shí)將體系升溫至 80°C反應(yīng)30min,再用50ml蒸餾水和IOml雙氧水(30wt% )還原過量的高錳酸鉀,離心洗滌至PH為5,40°C真空干燥得到氧化石墨固體。XRD表征如圖1曲線b所示,可以求得氧化石墨的層間距離為0. 863nm,相比初始石墨(a)的層間距0. 34nm,有很大的增加,說明插層氧化石墨的效果非常好。Raman光譜如圖2b所示,氧化石墨的G峰明顯強(qiáng)于D峰,說明氧化效果非常好。傅立葉變換紅外(FTIR)譜如圖3b所示,各峰分別為C-O :1052cm-1,C-O-C 1283cm_1,0-H :1385cm_1, C = C :1635cm_1 和 C = 0 ΑΤΙδαιΓ1,各特征峰強(qiáng)度高,說明表面含氧基團(tuán)含量多,同XRD和Raman表征的結(jié)果一致。2)氧化石墨烯懸濁液的制備將氧化石墨固體溶入水中,配置成質(zhì)量濃度為7mg/ml的氧化石墨懸濁液,將該懸濁液超聲在40KHZ頻率下lOmin,然后放置在振蕩器上,在160rpm/min速度下震蕩12h,得到均勻穩(wěn)定的氧化石墨懸濁液。3)石墨烯懸濁液的制備取50ml 7mg/ml的氧化石墨烯液,置于150ml錐形瓶中,用質(zhì)量濃度為10%的氨水調(diào)節(jié)PH為9,加入1. Og抗壞血酸,持續(xù)攪拌。將錐形瓶置于預(yù)先加熱好的水浴中,控制反應(yīng)體系溫度在90°C,反應(yīng)時(shí)間為20min。得到均勻的石墨烯懸濁液。XRD表征如圖1曲線c 所示,可以求得制備的石墨烯的層間距離為0. 372nm,同以前的文獻(xiàn)報(bào)道的石墨烯層間距離結(jié)果相同。Ranman光譜如圖2譜線c所示,相比于G峰,D峰明顯增強(qiáng),說明很好的恢復(fù)了石墨烯完美的晶格結(jié)構(gòu),還原效果好,制備的石墨烯質(zhì)量很高。傅立葉變換紅外(FTIR)譜如圖3譜線c所示,相比于譜線b,各種含氧基團(tuán)的峰有明顯的減弱甚至消失,說明還原反應(yīng)很好的去除了氧化石墨表面的含氧基團(tuán),恢復(fù)了石墨烯的完美晶格結(jié)構(gòu),還原效果非常好, 制備的石墨烯質(zhì)量高,與Raman光譜表征的結(jié)構(gòu)一致。TEM表征制備的石墨烯如圖4曲線c 所示,可以清楚看到單層的石墨烯,透過率高,尺寸大,質(zhì)量很高。實(shí)施例2 1)氧化石墨的制備取Ig (83目)天然鱗片石墨與45ml質(zhì)量濃度為98 %硫酸混合均勻后,加入1. 2g 硝酸鉀,在10°c的水浴中快速加入3g高錳酸鉀,混合均勻,加入高錳酸鉀的過程保持體系溫度0-20°C。然后將體系溫度升高到50°C,反應(yīng)2h,然后加入50ml水,同時(shí)將體系升溫至 90°C反應(yīng)20min,再用IOOml蒸餾水和6ml雙氧水(30wt% )還原過量的高錳酸鉀,離心洗滌至PH為6,60°C真空干燥得到氧化石墨固體。同實(shí)施例1表征結(jié)果相似,通過XRD分析, 求得層間距離為0. 853nm,表明氧化石墨氧化效果好。2)氧化石墨烯懸濁液的制備將氧化石墨固體分散在水中,配置成濃度為5mg/ml的氧化石墨懸濁液,將該懸濁液在80KHZ頻率下超聲5min,然后將懸濁液放置在振蕩器上,在ISOrpm/min速度下震蕩 8h,得到均勻穩(wěn)定的氧化石墨懸濁液;3)石墨烯懸濁液的制備取50ml 5mg/ml的氧化石墨烯液,置于150ml錐形瓶中,用質(zhì)量濃度為20%的氨水調(diào)節(jié)PH為10,加入0.8g的硫酸氫鈉(NaHS03),保持?jǐn)嚢琛㈠F形瓶置于預(yù)先加熱好的水浴中,控制反應(yīng)體系溫度在93°C,反應(yīng)時(shí)間為2h。得到均勻的石墨烯懸濁液。傅立葉變換紅外(FTIR)譜如圖3譜線d所示,各種含氧基團(tuán)的峰有明顯的減弱甚至消失,說明還原反應(yīng)很好的去除了氧化石墨表面的含氧基團(tuán),恢復(fù)了石墨烯完美的晶格結(jié)構(gòu),還原效果非常好,制備的石墨烯質(zhì)量高。TEM表征制備的石墨烯如圖4曲線d所示,可以清楚看到單層的石墨烯,透過率高,質(zhì)量很高。實(shí)施例3 1)氧化石墨的制備取Ig (16目)天然鱗片石墨與40ml質(zhì)量濃度為98 %硫酸混合均勻后,加入1. 5g 硝酸鉀,在5°C的水浴中快速加入6g高氯酸鉀,混合均勻,加入高氯酸鉀的過程保持體系溫度0-20°C。然后將體系溫度升高到60°C,反應(yīng)1. 5h,然后加入80ml水,同時(shí)將體系升溫至 95°C反應(yīng)lOmin,再加入200ml蒸餾水終止反應(yīng),離心洗滌至pH為7,70°C真空干燥得到氧化石墨固體。同實(shí)施例1表征結(jié)果一致,氧化石墨的層間距離為0. 835nm,相比于初始石墨, 層間距離有明顯的增加,說明氧化石墨氧化效果很好。2)氧化石墨烯懸濁液的制備將氧化石墨固體分散在水中,配置成質(zhì)量濃度為3mg/ml的氧化石墨懸濁液,將該懸濁液在80KHZ頻率下超聲5min,然后將懸濁液放置在振蕩器上,在200rpm/min速度下震蕩6h,得到均勻穩(wěn)定的氧化石墨懸濁液;3)石墨烯懸濁液的制備取50ml 3mg/ml的氧化石墨烯液,置于150ml錐形瓶中,用質(zhì)量濃度為25%的氨水調(diào)節(jié)pH為10,加入1. 5g的亞硫酸氫鈉(NaHSO3),加入質(zhì)量濃度為10%聚氧乙烯月桂醚 (10% Brij-35)水溶液2g,保持?jǐn)嚢?。將錐形瓶置于預(yù)先加熱好的水浴中,控制反應(yīng)體系溫度在96°C,反應(yīng)時(shí)間為3h。通過表征,制備的石墨烯同實(shí)施例1和2的結(jié)果一致,而且通過加入表面活性劑,石墨烯在水中的分散效果更好,質(zhì)量高,片層尺寸大,大部分都為單片層石墨稀。實(shí)施例4 1)氧化石墨的制備取IOg (83目)天然鱗片石墨與400ml質(zhì)量濃度為98%硫酸混合均勻后,加入15g 硝酸鉀,在5°C的水浴中快速加入60g高錳酸鉀,混合均勻,加入高錳酸鉀的過程保持體系溫度0-20°C。然后將體系溫度升高到70°C,反應(yīng)lh,然后加入500ml水,同時(shí)將體系升溫至 95°C反應(yīng)20min,再用2L蒸餾水和IOOml雙氧水(30wt% )還原過量的高錳酸鉀,離心洗滌至pH為5,60°C真空干燥得到氧化石墨固體。表征制備的氧化石墨,同實(shí)施例1的結(jié)果相似,求得氧化石墨的層間距離為0. 823nm,說明氧化效果很好。2)氧化石墨烯懸濁液的制備將氧化石墨固體分散在水中,配置成濃度為2mg/ml的氧化石墨懸濁液,將該懸濁液在80KHZ頻率下超聲5min,然后將懸濁液放置在振蕩器上,在200rpm/min速度下震蕩 6h,得到均勻穩(wěn)定的氧化石墨懸濁液;3)石墨烯懸濁液的制備取50ml 2mg/ml的氧化石墨烯液,置于150ml錐形瓶中,用質(zhì)量濃度為28%的氨水調(diào)節(jié)PH為9,加入0. 2g鹽酸羥胺,保持?jǐn)嚢?。將錐形瓶置于預(yù)先加熱好的水浴中,控制反應(yīng)體系溫度在90°C,反應(yīng)時(shí)間為lh。通過表征,制備的石墨烯同實(shí)施例1和2的結(jié)果相似,石墨烯均勻的分散在水中,質(zhì)量高,片層尺寸大,層數(shù)少。實(shí)施例5 1)氧化石墨的制備取10g(83目)天然鱗片石墨與150ml濃度為67%硝酸混合均勻后,加入15g硝酸鉀,水浴條件下快速加入20g五氧化二磷,混合均勻,加入五氧化二磷的過程保持體系溫度在0-20°C。然后將體系溫度升高到70。C,反應(yīng)lh,然后加入400ml水,同時(shí)將體系升溫至 95°C反應(yīng)lOmin,再用2L蒸餾水,離心洗滌至pH為6,50°C真空干燥得到氧化石墨固體。通過表征,得到氧化石墨的層間距離為0. 836nm,氧化效果很好。2)氧化石墨烯懸濁液的制備將氧化石墨固體分散在水中,配置成濃度為3mg/ml的氧化石墨懸濁液,將該懸濁液在40KHZ頻率下超聲lOmin,然后將懸濁液放置在振蕩器上,在160rpm/min速度下震蕩 12h,得到均勻穩(wěn)定的氧化石墨懸濁液;3)石墨烯懸濁液的制備取50ml 2mg/ml的氧化石墨烯液,置于150ml錐形瓶中,用質(zhì)量濃度為28%的氨水調(diào)節(jié)pH為9,0. 4g鹽酸羥胺,加入質(zhì)量濃度為10%的曲拉通XlOO水溶液2g,保持?jǐn)嚢?。將錐形瓶置于預(yù)先加熱好的水浴中,控制反應(yīng)體系溫度在90°C,反應(yīng)時(shí)間為lh。通過表征,制備的石墨烯同實(shí)施例1和2的結(jié)果相似,石墨烯均勻的分散在水中,質(zhì)量高,片層尺寸大,層數(shù)少。
權(quán)利要求
1.一種一種氧化還原制備石墨烯的方法,其具體步驟如下1)氧化石墨的制備通過改性的Hummer法制備氧化石墨;按強(qiáng)酸的體積與石墨的質(zhì)量比為15ml/g-50ml/ g取天然鱗片石墨與強(qiáng)酸溶液混合均勻后,然后加入硝酸鉀,其中硝酸鉀與石墨質(zhì)量比為 1-2 1,在水浴溫度為0-20°C下加入強(qiáng)氧化劑,其中強(qiáng)氧化劑與石墨的質(zhì)量比為2-6 1, 升溫至40-70°C下反應(yīng)l_3h,按蒸餾水的體積與石墨的比為30ml/g-80ml/g,加入蒸餾水, 在75-95°C反應(yīng)10-30min,終止氧化反應(yīng),過濾或者離心洗滌氧化石墨體系pH為5_7之間, 在40-80°C下真空干燥得到氧化石墨固體;2)氧化石墨烯的制備將步驟1)制備得到的氧化石墨固體分散在水中,形成質(zhì)量濃度為2-7. Omg/ml的氧化石墨懸濁液,將該懸濁液超聲分散,然后在振蕩器上震蕩剝離,實(shí)現(xiàn)單層剝離,得到均勻穩(wěn)定氧化石墨烯懸濁液;3)石墨烯懸濁液的制備將步驟2)制得的氧化石墨烯懸濁液中加入堿調(diào)節(jié)pH為9-10之間,然后按還原劑與氧化石墨烯懸濁液中氧化石墨烯的質(zhì)量比為2-10 1,將還原劑加入到氧化石墨烯懸濁液中,再加入氧化石墨烯的質(zhì)量比為0-2 1的表面活性劑,在溫度為90-96°C下反應(yīng) 20min-3h,得到均勻穩(wěn)定的石墨烯分散液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于所述的強(qiáng)酸質(zhì)量濃度為98%的硫酸、質(zhì)量濃度為60-67%硝酸或兩者的任意比例的混合酸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于所述的強(qiáng)氧化劑至少為高錳酸鉀、高氯酸鉀或五氧化二磷中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的方法,其特征在于步驟1)中所述的終止氧化反應(yīng)為 如果加入的強(qiáng)氧化劑為高錳酸鉀,先加入蒸餾水然后加入雙氧水終止氧化反應(yīng),其中加入蒸餾水的體積與石墨的比為50ml/g-200ml/g,雙氧水的質(zhì)量濃度為30%,加入雙氧水的體積與高錳酸鉀的質(zhì)量比為lml/g-3ml/g ;如果加入的強(qiáng)氧化劑為高氯酸鉀或五氧化二磷, 加入蒸餾水終止氧化反應(yīng),其中加入蒸餾水的體積與石墨的比為50ml/g-200ml/g。
5.根據(jù)權(quán)利1要求的方法,其特征在于步驟2)中超聲頻率為40-80KHZ,超聲時(shí)間為 5-10分鐘;振蕩器速度為160-200rpm,震蕩剝離時(shí)間為6_12h。
6.根據(jù)權(quán)利1要求的方法,其特征在于步驟3)中所述的還原劑至少為抗壞血酸、亞硫酸氫鈉或鹽酸羥胺中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利1要求的方法,其特征在于步驟3)中所述的調(diào)節(jié)氧化石墨烯溶液的pH所用的堿是質(zhì)量濃度為10-28%的氨水。
8.根據(jù)權(quán)利1要求的方法,其特征在于步驟3)中所述的表面活性劑為聚氧乙烯月桂醚或曲拉通X100。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種一種氧化還原制備石墨烯的方法,屬于石墨烯的制備技術(shù)。具體為利用改性的Hummer法制備氧化石墨,采用振蕩器柔和震蕩剝離單層的氧化石墨烯。在還原制備石墨烯步驟中,比較目前主要的幾種還原劑,優(yōu)化還原工藝和條件,進(jìn)而得到具有優(yōu)異性能的石墨烯。本發(fā)明通過優(yōu)化制備工藝和條件制備具有大尺寸、單層、優(yōu)異導(dǎo)電性能的高質(zhì)量石墨烯,并且該方法具有成本低、產(chǎn)物產(chǎn)量高以及易于工業(yè)化的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C01B31/04GK102502612SQ201110372309
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月21日
發(fā)明者何大方, 暴寧鐘, 楊文哲, 查晨陽, 紹邵峰, 邱新民 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)