本發(fā)明涉及通過包括石墨電極的電化學(xué)剝落，優(yōu)選隨后在非氧化或還原的環(huán)境下加熱的工藝生產(chǎn)石墨烯薄片(例如石墨烯納米薄片)的方法。

背景技術(shù)：

術(shù)語“碳納米結(jié)構(gòu)”包括如富勒烯(fullerenes)、碳納米管(CNTs)、碳納米纖維、碳納米顆粒、碳納米片和石墨烯的結(jié)構(gòu)。特別地，石墨烯擁有許多特別的性能，如高彈道(ballistic)電子遷移率、高熱導(dǎo)率、高楊氏模量、高斷裂強(qiáng)度和高比表面積。最近，石墨烯基的納米材料在文獻(xiàn)報道中被不同地稱為石墨烯、碳納米片、碳納米花、碳納米角、碳納米壁或石墨烯碳納米薄片(GNSs)，由于其獨特的尺寸、結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電性能，吸引了科學(xué)界的注意，使其成為許多應(yīng)用中有前途的候選者。本文中將要涉及的該結(jié)構(gòu)被稱為石墨烯薄片或石墨烯納米薄片。對石墨烯納米薄片可能的應(yīng)用包括用于電子場發(fā)射器、電化學(xué)電容器、電容去離子化的電極材料、鋰離子電池的陽極材料、催化劑載體、生物傳感器、燃料電池的電極、光催化應(yīng)用、透明的導(dǎo)電薄膜和納米接觸器。其它潛在的應(yīng)用可以包括或涉及腐蝕預(yù)防、導(dǎo)電油墨、潤滑油、更有效率的太陽能電池、新型抗生素和在新型超高性能的聚合物基、陶瓷基和金屬基復(fù)合材料中的填充物。除此之外，石墨烯/半導(dǎo)體納米復(fù)合材料為用于染料污染物的光降解中有前途的新一類催化劑。石墨烯還提供新的機(jī)會以發(fā)展海水淡化技術(shù)，和挑戰(zhàn)目前存在的用于從水溶液中去除低濃度污染物的吸附劑。此外，石墨烯納米薄片可以用作其它納米結(jié)構(gòu)材料制造的模板(template)。

石墨烯薄片是最初通過高定向熱解石墨(HOPG)的“從上到下”微機(jī)械剝離的方法少量生產(chǎn)。后來，相對更大量的化學(xué)修飾石墨烯薄片是通過許多方法生產(chǎn)的，所有這些方法利用HOPG作為原材料和涉及勞動密集型的準(zhǔn)備。最近地，關(guān)注點在于利用類似那些用于碳納米管生產(chǎn)的方法制備石墨烯。例如，石墨烯薄片已通過化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)在基底上以垂直排列的具有幾納米的平均厚度的碳薄片的形式合成。石墨烯薄片也已通過電漿增強(qiáng)CVD(PECVD)、熱線式CVD、直流電漿增強(qiáng)CVD(dc-PECVD)、高頻(rf)-PECVD、電感耦合PECVD、電感耦合rf-PECVD、輝光放電PECVD、微波放電CVD、電子束激發(fā)PECVD的方法合成以及也通過基于高溫?zé)峤獾姆椒ê铣伞?/p>

基于CVD合成石墨烯薄片的方法有較低的生產(chǎn)速率，其可以低至32nm/min。如果將1m²的表面積用于CVD工藝，石墨烯的生產(chǎn)速率通常低于1g/天。此外，這些方法需要復(fù)雜的設(shè)備。作為CVD工藝的替代方案，通過室溫離子液體剝落石墨為碳納米材料已經(jīng)成為許多研究的主題。已經(jīng)證實了具備石墨電極的室溫離子液體的電解可能導(dǎo)致石墨電極材料一定程度地腐蝕或剝落為碳納米結(jié)構(gòu)(包括石墨烯薄片)。然而，在室溫離子液體中石墨烯的合成速度較慢。此外，室溫離子液體通常為有毒的、非生物降解的且十分昂貴的。

目前，沒有能夠供給大量的石墨烯薄片或石墨烯基材料的石墨烯薄片生產(chǎn)工藝存在。因此，使用石墨烯的應(yīng)用和材料的發(fā)展是困難的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了生產(chǎn)石墨烯薄片和包含石墨烯薄片的碳質(zhì)粉末的方法(定義于隨附的獨立權(quán)利要求中，現(xiàn)在應(yīng)當(dāng)作為參考)。本發(fā)明中優(yōu)選的和/或有利的特征列于從屬權(quán)利要求中。

因此，第一方面，生產(chǎn)石墨烯薄片的方法可以包括以下步驟：

(a)通過石墨電極在熔鹽中的電化學(xué)腐蝕形成碳質(zhì)粉末，所述熔鹽含有氫離子，

(b)從熔鹽中回收得到的碳質(zhì)粉末，以及

(c)通過在非氧化或還原氣氛中加熱所述碳質(zhì)粉末來熱處理所述碳質(zhì)粉末，以生產(chǎn)包含石墨烯薄片的熱處理后的粉末。

術(shù)語石墨烯薄片或石墨烯指的是碳的二維晶體同素異構(gòu)體。石墨烯可以認(rèn)為是單原子層厚度的石墨薄片。這里使用的術(shù)語石墨烯薄片或石墨烯還包括具有多達(dá)十個原子層厚度的薄片。根據(jù)薄片的橫向尺寸(lateral dimensions)，所述石墨烯可以稱為石墨烯薄片和石墨烯納米薄片。石墨烯納米薄片通常具有50nm和500nm之間的橫向尺寸，即x和y方向的尺寸。石墨烯薄片可以具有大于500nm的橫向尺寸。

所述熔鹽含有氫，可以為自由氫離子，或為可以然后電離形成氫離子的溶解的種類。例如，所述熔鹽可以含有溶解的水、氫氧化鋰和/或氯化氫，且這些溶解的種類可以作為氫離子的來源。氫可以低濃度的存在。例如，所述熔鹽可以含有低至大約400ppm的氫離子。

這里使用的術(shù)語碳質(zhì)粉末指的是包含通過石墨電極的電化學(xué)腐蝕生產(chǎn)碳納米結(jié)構(gòu)的粉末。該碳納米結(jié)構(gòu)通常具有低于1000nm的最大尺寸，例如低于500nm。

一種特別優(yōu)選的熔鹽含有氯化鋰，這種鹽能夠溶解水。氯化鋰具有大約605℃的熔點。鋰的其它鹵鹽也可能是特別優(yōu)選的。然而合適的熔鹽可以含有其它陽離子種類，例如鈉或鉀。例如，共晶組成的氯化鋰-氯化鉀混合物可以為合適的熔鹽。該共晶具有大約350℃的低熔點，可以方便使得石墨電極在相對較低的溫度下發(fā)生電化學(xué)腐蝕。所述熔鹽含有氫離子。例如，氫可以水、氯化氫或氫離子的形式存在與熔鹽中。含有氫的種類(如水或氯化氫)可以在熔鹽中電離而產(chǎn)生鹽中的氫離子。

石墨烯電極的電化學(xué)腐蝕涉及石墨電極與熔鹽中第二電極的定位。所述第二電極也可以為石墨電極。在所述電極和電流之間施加電勢。所述電流可以為直流電或交流電。當(dāng)所述石墨電極相比其它電極為陰極時，陽離子從離子液體中遷移至離子釋放的石墨烯電極處。如果所述電流為直流電，所述石墨烯電極將為陰極，且所述第二電極將為陽極。在交流電的情況下，所述石墨烯電極將在陰極和陽極之間交替變換。

需要相信的是，當(dāng)熔鹽中的電解陽離子(如鋰離子和氫離子)釋放時，因此形成的原子或分子嵌入形成石墨電極的石墨材料的層之間。嵌入的原子或分子可以結(jié)合以形成化合物，例如，氫化鋰。需要相信的是，這種來源于熔鹽中種類的嵌入，會導(dǎo)致碳質(zhì)顆粒從石墨電極上腐蝕或剝落。這些顆粒的形式可以為石墨的薄片、圓盤、片或管。所述剝落材料可以為單石墨層厚，或更通常地可以為有許多石墨層厚的堆狀的形式。

優(yōu)選地，為了增加碳質(zhì)粉末的生產(chǎn)速率，在電極的電化學(xué)腐蝕期間，熔鹽的溫度相對較高。例如，在石墨電極的電化學(xué)腐蝕期間，所述溫度優(yōu)選為高于800℃，例如大約1000℃+/-100℃。更優(yōu)選地，石墨電極的電化學(xué)腐蝕的步驟發(fā)生在含氫離子的氯化鋰基熔鹽中，且溫度高于800℃。在該高溫下石墨電極的電化學(xué)腐蝕生產(chǎn)的碳質(zhì)粉末可以優(yōu)選地含有更高比例的薄片、盤、片和碳納米卷，其中，所述納米卷的壁可以部分非卷地為石墨烯薄片，以及相比于更低溫度下電化學(xué)腐蝕生產(chǎn)的粉末含有更低比例的碳管。

優(yōu)選地，在石墨電極的電化學(xué)腐蝕期間，石墨烯電極的電流密度為0.5安培/平方厘米(A/cm²)或更高。優(yōu)選地，使用2A/cm²+/-0.5A/cm²的電流密度進(jìn)行電化學(xué)腐蝕可以增加生產(chǎn)速率。如果使用直徑0.6cm且長70cm的不銹鋼棒連接電極和電勢線，需要平均6.7V的電壓以維持電極之間35A的恒定電流，對應(yīng)大約1.1A/cm²的陰極電流密度。在這種情況下，浸沒在熔鹽中的石墨陰極和Mo參照電極之間的平均電勢差大約為-3.0V。

所述石墨電極可以由任意適合的石墨材料形成。優(yōu)選地，具有更大的晶粒(grain)尺寸(例如大于10微米的晶粒尺寸)和更大的微晶(crystallite)尺寸(例如大于30納米的微晶尺寸)的石墨材料可以形成具有更大二維尺寸的顆粒的碳質(zhì)粉末。這樣的碳質(zhì)粉末在非氧化氣氛中熱處理后，可以形成較大橫向尺寸(如大于500nm的橫向尺寸)的石墨烯薄片。

雖然可以使用專業(yè)級的石墨，優(yōu)選的電極可以由工業(yè)級石墨形成。工業(yè)級石墨電極在合理的低成本大規(guī)模生產(chǎn)中有現(xiàn)成的。這樣的電極主要用作鋼鐵工業(yè)中電弧和鋼包爐的電極，因此在至多長約3m且直徑0.7m的不同尺寸中都有現(xiàn)成的。工業(yè)級石墨電極是通過混合石油焦和瀝青粘結(jié)劑，接著擠出和烘烤以碳化粘結(jié)劑而制得。所述電極最終通過在高溫下加熱石墨化，此時碳原子排列成石墨。由于使用的原材料和經(jīng)濟(jì)問題，在未來，工業(yè)級石墨電極可以認(rèn)為是廉價和綠色石墨生產(chǎn)技術(shù)的理想原材料。在石墨電極的電化學(xué)腐蝕期間，所述熔鹽可以帶入與濕氣體接觸。然后所述濕氣體中的水可能與熔鹽反應(yīng)，以向熔鹽中引入氫離子。例如，石墨電極的電化學(xué)腐蝕可以在濕氣體的氣氛下在電解池中進(jìn)行，例如濕惰性氣氛(如濕氬氣或濕氮氣)?？梢杂脻駳怏w(如濕氬氣或濕氮氣)對所述熔鹽進(jìn)行噴霧。

所述濕氣體和熔鹽之間的接觸在電化學(xué)腐蝕過程期間可以為連續(xù)的。所述濕氣體和熔鹽之間的接觸在電化學(xué)腐蝕過程期間可以為間歇的，例如進(jìn)入熔鹽上方氣氛的濕氣體流可以間歇地切換和關(guān)閉。所述濕氣體和熔鹽之間的接觸可以在石墨電極的電化學(xué)腐蝕前發(fā)生一段預(yù)先確定了的時間，以轉(zhuǎn)移氫種類至熔鹽中。

產(chǎn)生濕氣體的優(yōu)選方式為在帶入濕氣體與熔鹽接觸前，使氣流流過或流經(jīng)水源。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道產(chǎn)生濕氣體的合適方法。

生產(chǎn)石墨烯薄片方法的優(yōu)選方式中，可以包括以下步驟：(a)通過石墨電極在熔鹽中的電化學(xué)腐蝕形成碳質(zhì)粉末，所述熔鹽在電極電化學(xué)腐蝕之前和/或期間與濕氣體接觸，(b)從熔鹽中回收得到的碳質(zhì)粉末，以及(c)通過在非氧化或還原氣氛中加熱所述碳質(zhì)粉末來熱處理所述碳質(zhì)粉末，以生產(chǎn)包含石墨烯薄片的熱處理后的粉末。所述濕氣體優(yōu)選為濕惰性氣體，如濕氬氣和濕氮氣。所述濕氣體與熔鹽反應(yīng)以向熔鹽中引入氫離子。優(yōu)選地，所述濕氣體通過在石墨電極的電化學(xué)腐蝕之前或期間以濕氣體的流動氣流流過熔鹽的表面而帶入與熔鹽接觸，或者通過在石墨電極的電化學(xué)腐蝕之前或期間，用濕氣體噴霧熔鹽。濕氣體中的水可以在熔鹽中溶解，且接著電離以產(chǎn)生氫離子。濕氣體中的水可以與熔鹽中的組分反應(yīng)以形成含有接著電離形成氫離子的種類，例如HCl。

所述熔鹽可以在石墨的電極電化學(xué)腐蝕期間與干氣體接觸。也就是說，所述熔鹽上方氣氛可以不為濕氣體，而可以為干氣體，其包括惰性氣體(如氬氣或氮氣)和氫氣的混合物。優(yōu)選地，氫氣可以以1和10之間的摩爾百分?jǐn)?shù)的濃度存在，例如大約3或4或5摩爾百分?jǐn)?shù)。所述氫氣可以與鹽反應(yīng)以向熔鹽中引入氫離子。

在優(yōu)選方式中，操作石墨電極使其成為電化學(xué)腐蝕期間極性中的陰極。例如，所述石墨電極可以成為電極中的陰極與對電極或陽極相連。所述對電極也設(shè)置成與熔鹽接觸，且也可以為石墨電極。石墨的陽極氧化(如可以發(fā)生在石墨電極在剝落期間作為陽極)由于石墨的過氧化可能導(dǎo)致大量含氧基團(tuán)的形成。石墨電極在陰極條件下的剝落可以提供缺氧的有利條件，從而克服石墨烯產(chǎn)品中氧化缺陷的產(chǎn)生。

可以設(shè)置超過一個石墨電極與熔鹽接觸，且該超過一個石墨電極中的每個都可以剝落。兩個或更多電極的使用可以有利地使得用一些相對較小尺寸的電極即可生產(chǎn)較大規(guī)模的石墨烯。一些更小的電極可以不需要高電流以生產(chǎn)石墨烯可能是有利的，帶來技術(shù)和安全的優(yōu)勢。這可能是有益的，例如，使用假設(shè)2A/cm²的電極電流密度操作剝落過程。為了產(chǎn)生更高的剝落速率，可以使用更大的石墨電極。然而，為了維持電流密度在期望的水平，有必要增加施加的整體電流。許多更小電極的剝落可以在無需使用更高電流的情況下獲得更高的生產(chǎn)速率。

例如，所述方法可以包括步驟(a)通過兩個或更多石墨電極在含氫離子的熔鹽中的電化學(xué)腐蝕形成碳質(zhì)粉末，兩個或更多石墨電極中的每個作為陰極與對電極連接一段時間，以產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。優(yōu)選地，操作方法使得每個石墨電極交替作為陰極與對電極連接。例如，如果所述方法包括兩個石墨電極，第一石墨電極和第二石墨電極，所述第一石墨電極可以作為陰極與對電極(陽極)連接一段時間。然后所述第二石墨電極可以作為陰極與對電極連接一段時間。然后可以重復(fù)步驟使得所述第一電極再次作為陰極與對電極連接。所述第一和第二電極的交替可以持續(xù)需要的時間以實現(xiàn)剝落。

碳質(zhì)粉末可以從熔鹽中回收，該回收的方法包括冷卻和固化含有由石墨電極腐蝕形成的碳質(zhì)粉末的熔鹽，并從碳質(zhì)粉末中清洗掉固化的鹽，例如用大量的水清洗。所述方法可以還包括真空過濾清洗過的碳質(zhì)材料。

所述從熔鹽中回收的碳質(zhì)粉末可以包括金屬氫化物殘渣。例如，如果所述碳質(zhì)粉末是通過石墨電極在含氯化鋰的熔鹽中電化學(xué)腐蝕形成的，所述熔鹽含鋰和氫離子，則回收的碳質(zhì)粉末可能含氫化鋰。金屬碳酸物殘渣，例如碳酸鋰殘渣，可以通過副反應(yīng)形成。優(yōu)選地，任意金屬氫化物或金屬碳酸物殘渣可以通過熱處理步驟從碳質(zhì)粉末中去除。

在優(yōu)選的實施方式中，熱處理碳質(zhì)粉末的步驟包括在還原氣氛中加熱碳質(zhì)粉末至溫度高于1000℃。例如，碳質(zhì)粉末可以通過在還原氣氛中加熱至高于1100℃或1200℃而進(jìn)行熱處理。也可以使用微波。

優(yōu)選地，碳質(zhì)粉末通過在還原氣氛中加熱至大約1250℃+/-50℃進(jìn)行熱處理。

所述還原氣氛可以為含有還原性氣體的氣氛，例如，含有氮氣和氫氣的混合物的氣氛。

在可替換的實施方式中，所述碳質(zhì)粉末可以通過在低壓環(huán)境下加熱進(jìn)行熱處理。例如，所述碳質(zhì)粉末可以通過在真空中加熱進(jìn)行熱處理?；蛘撸鎏假|(zhì)粉末可以通過在含還原性氣體(例如氮氣和氫氣的混合物)的低于大氣壓的氣氛中加熱進(jìn)行熱處理。

優(yōu)選地，所述石墨烯薄片為具有大于200nm的橫向尺寸的石墨烯納米薄片。例如，所述石墨烯薄片可以為具有200nm和1000nm之間的橫向尺寸的石墨烯納米薄片。

第二方面，本發(fā)明提供了一種碳質(zhì)粉末，其含有大于70重量％的石墨烯薄片，其中，所述石墨烯薄片具有大于200nm的橫向尺寸。優(yōu)選地，所述碳質(zhì)粉末含有大于80重量％的石墨烯薄片，例如大于85重量％的石墨烯薄片或大于90重量％的石墨烯薄片或大于95重量％的石墨烯薄片。

優(yōu)選地，使用在本文定義的方法生產(chǎn)石墨烯薄片的速率可以數(shù)量級地高于目前生產(chǎn)石墨烯的方法。例如，當(dāng)使用合適的腐蝕溫度和電流密度操作該方法，且具有1m²的表面積的石墨電極與離子液體接觸時，石墨烯薄片可以以高于1.5kg/h的速率生產(chǎn)。因此，使用本發(fā)明描述的方法生產(chǎn)石墨烯薄片的速率可以每天高于20kg石墨烯薄片，基于每平方米與離子液體接觸的石墨電極(＞20kg/m²天)。優(yōu)選地，生產(chǎn)石墨烯薄片的速率可以高于25kg/m²天，或高于30kg/m²天，或高于40kg/m²天。優(yōu)選地，操作過程可以使得石墨烯薄片的生產(chǎn)速率高于100kg/m²天，或高于200kg/m²天。

另一方面，生產(chǎn)石墨烯薄片的方法可以包括以下步驟：(a)通過石墨電極在離子液體中的電化學(xué)腐蝕形成碳質(zhì)粉末，所述離子液體含有氫離子，(b)從離子液體中回收得到的碳質(zhì)粉末，以及(c)通過在非氧化或還原氣氛中加熱所述碳質(zhì)粉末來熱處理所述碳質(zhì)粉末，以生產(chǎn)包含石墨烯薄片的熱處理后的粉末。所述離子液體可以為熔鹽，或可以為有機(jī)或含水的離子液體。本方法中優(yōu)選的和有利的特征可以參照上述有關(guān)第一方面的描述。

另一方面，生產(chǎn)石墨烯薄片的方法可以包括以下步驟：(a)通過將金屬種類和氫種類電化學(xué)嵌入到設(shè)置成與電解質(zhì)接觸的石墨電極中，形成碳質(zhì)粉末，所述電解質(zhì)含有金屬離子種類和氫離子種類，(b)從電解質(zhì)中回收得到的碳質(zhì)粉末，以及(c)通過在非氧化或還原氣氛中加熱所述碳質(zhì)粉末來熱處理所述碳質(zhì)粉末，以生產(chǎn)包含石墨烯薄片的熱處理后的粉末。所述電解質(zhì)可以為熔鹽，或可以為有機(jī)或含水的離子液體。所述金屬離子種類優(yōu)選為鋰，但也可以為其它金屬，如鈉或鉀離子。所述電解質(zhì)優(yōu)選為含氫離子的氯化鋰基熔鹽。本方法中優(yōu)選的和有利的特征可以參照上述有關(guān)第一方面的描述。

另一方面，生產(chǎn)石墨烯薄片的方法可以包括以下步驟：(a)通過將氫電化學(xué)嵌入到設(shè)置成與電解質(zhì)接觸的石墨電極中，形成碳質(zhì)粉末，所述電解質(zhì)含有氫離子，(b)從電解質(zhì)中回收得到的碳質(zhì)粉末，以及(c)通過在非氧化或還原氣氛中加熱所述碳質(zhì)粉末來熱處理所述碳質(zhì)粉末，以生產(chǎn)包含石墨烯薄片的熱處理后的粉末。所述電解質(zhì)可以為熔鹽，或可以為有機(jī)或含水的離子液體。所述電解質(zhì)優(yōu)選為含有氫離子的熔鹽，例如氯化鋰基熔鹽。本方法中優(yōu)選的和有利的特征可以參照上述有關(guān)第一方面的描述。在一些環(huán)境中，通過石墨電極的電化學(xué)腐蝕生產(chǎn)石墨烯薄片的純度已經(jīng)足夠高，可以免除熱處理的步驟。因此，另一方面，生產(chǎn)石墨烯薄片的方法可以包括以下步驟：(a)通過石墨電極在熔鹽中的電化學(xué)腐蝕形成碳質(zhì)粉末，所述熔鹽含有氫離子，以及(b)從熔鹽中回收得到的包含石墨烯薄片的碳質(zhì)粉末。特別優(yōu)選地，所述石墨電極在電化學(xué)腐蝕的過程中用作負(fù)電極(陰極)。特別優(yōu)選地，所述電化學(xué)腐蝕發(fā)生在包含惰性氣體和氫氣的混合物(特別優(yōu)選為干燥惰性氣體和氫氣的混合物)的氣氛中。優(yōu)選地，所述熔鹽為氯化鋰或氯化鋰基的。本方法中優(yōu)選的和有利的特征可以參照上述有關(guān)第一方面的描述。

另一方面，生產(chǎn)石墨烯薄片的方法可以包括以下步驟：(a)通過石墨電極在熔鹽中的電化學(xué)腐蝕形成碳質(zhì)粉末，其中，所述石墨電極的電化學(xué)腐蝕在包含惰性氣體和氫氣的氣氛中進(jìn)行，以及(b)從熔鹽中回收得到的包含石墨烯薄片的碳質(zhì)粉末。優(yōu)選地，所述氣氛不含水。將包含氫氣的氣氛與熔鹽接觸的使用方式可以提高石墨烯薄片的生產(chǎn)，使得不需要熱處理步驟就能生產(chǎn)高產(chǎn)量的石墨烯。根據(jù)上述公開的實施方式，使用濕氣體生產(chǎn)的石墨烯可能含有雜質(zhì)，例如碳酸鋰。使用還包含氫氣的干燥氣體氣氛可以使得高純度的石墨烯形成。所述方法還可以進(jìn)一步包括步驟(c)通過在非氧化氣氛中加熱所述碳質(zhì)粉末來熱處理所述碳質(zhì)粉末，以生產(chǎn)包含石墨烯薄片的熱處理后的粉末。優(yōu)選地，所述氣氛包含選自包括氬氣和氮氣的列表中的惰性氣體，以及氫氣。優(yōu)選地，所述氣氛包含2和10摩爾百分?jǐn)?shù)之間的氫氣，例如大約4摩爾百分?jǐn)?shù)的氫氣。本方法中優(yōu)選的和有利的特征可以參照上述有關(guān)第一方面的描述。

另一方面，生產(chǎn)石墨烯薄片的方法可以包括以下步驟：(a)通過兩個或更多石墨電極在含氫離子的熔鹽中的電化學(xué)腐蝕形成碳質(zhì)粉末，其中，所述電化學(xué)腐蝕在包含惰性氣體和氫氣的氣氛中進(jìn)行，以及(b)從熔鹽中回收得到的包含石墨烯薄片的碳質(zhì)粉末。優(yōu)選地，操作方法使得每個石墨電極可以交替使用作為負(fù)極與正極對電極連接。例如，當(dāng)所述方法包括兩個石墨電極，第一石墨電極和第二石墨電極時，所述第一電極可以作為負(fù)極(陰極)與正極對電極(陽極)連接一段時間。然后所述第二電極可以作為陰極與對電極連接一段時間。然后可以重復(fù)步驟使得所述第一電極用作陰極與對電極接觸。所述第一和第二電極的交替可以持續(xù)需要的時間以實現(xiàn)剝落。本方法中優(yōu)選的和有利的特征可以參照上述有關(guān)第一方面的描述。

本發(fā)明的實施方式可以由一個或更多以下編號的條款定義。

1、生產(chǎn)石墨烯薄片的方法包括以下步驟：(a)通過石墨電極在含有氫離子的熔鹽中的電化學(xué)腐蝕形成碳質(zhì)粉末，以及(b)從熔鹽液體中回收得到的碳質(zhì)粉末。

2、生產(chǎn)石墨烯薄片的方法包括以下步驟：(a)通過石墨電極在含有氫離子的熔鹽中的電化學(xué)腐蝕形成碳質(zhì)粉末，(b)從熔鹽液體中回收得到的碳質(zhì)粉末，以及(c)通過在非氧化氣氛中加熱所述碳質(zhì)粉末來熱處理所述碳質(zhì)粉末，以生產(chǎn)包含石墨烯薄片的熱處理后的粉末。

3、生產(chǎn)石墨烯薄片的方法包括以下步驟：(a)通過石墨電極在離子液體中的電化學(xué)腐蝕形成碳質(zhì)粉末，所述離子液體含有氫離子，(b)從離子液體中回收得到的碳質(zhì)粉末，以及(c)通過在非氧化或還原氣氛中加熱所述碳質(zhì)粉末來熱處理所述碳質(zhì)粉末，以生產(chǎn)包含石墨烯薄片的熱處理后的粉末。

4、生產(chǎn)石墨烯薄片的方法包括以下步驟：(a)通過將金屬種類和氫種類電化學(xué)嵌入到設(shè)置成與電解質(zhì)接觸的石墨電極中，形成碳質(zhì)粉末，所述電解質(zhì)含有金屬離子種類和氫離子種類，(b)從電解質(zhì)中回收得到的碳質(zhì)粉末，以及(c)通過在非氧化或還原氣氛中加熱所述碳質(zhì)粉末來熱處理所述碳質(zhì)粉末，以生產(chǎn)包含石墨烯薄片的熱處理后的粉末。

5、生產(chǎn)石墨烯薄片的方法包括以下步驟：(a)通過將氫電化學(xué)嵌入到設(shè)置成與電解質(zhì)接觸的石墨電極中，形成碳質(zhì)粉末，所述電解質(zhì)含有氫離子，(b)從電解質(zhì)中回收得到的碳質(zhì)粉末，以及(c)通過在非氧化或還原氣氛中加熱所述碳質(zhì)粉末來熱處理所述碳質(zhì)粉末，以生產(chǎn)包含石墨烯薄片的熱處理后的粉末。

6、生產(chǎn)石墨烯薄片的方法包括以下步驟：(a)通過兩個或更多石墨電極在含有氫離子的熔鹽中的電化學(xué)腐蝕形成碳質(zhì)粉末，其中，所述電化學(xué)腐蝕在包含惰性氣體和氫氣的氣氛中進(jìn)行，以及(b)從熔鹽中回收得到的包含石墨烯薄片的碳質(zhì)粉末。

7、生產(chǎn)石墨烯薄片的方法包括以下步驟：(a)通過石墨電極在熔鹽中的電化學(xué)腐蝕形成碳質(zhì)粉末，其中，所述石墨電極的電化學(xué)腐蝕在包含惰性氣體和氫氣的氣氛中進(jìn)行，以及(b)從熔鹽中回收得到的包含石墨烯薄片的碳質(zhì)粉末。

8、根據(jù)條款6或7所述的方法，該方法還進(jìn)一步包括步驟(c)通過在非氧化氣氛中加熱所述碳質(zhì)粉末來熱處理所述碳質(zhì)粉末，以生產(chǎn)包含石墨烯薄片的熱處理后的粉末。

9、根據(jù)任意前款所述的方法，其中，所述氣氛包含選自包括氬氣和氮氣的列表中的惰性氣體，以及氫氣，優(yōu)選為2和10摩爾百分?jǐn)?shù)之間的氫氣，例如大約4摩爾百分?jǐn)?shù)的氫氣，其中，所述氣氛優(yōu)選為干燥氣氛。

10、根據(jù)任意前款所述的方法，其中，所述熔鹽包括氯化鋰。

11、根據(jù)任意前款所述的方法，其中，所述熔鹽在石墨電極的電化學(xué)腐蝕期間與濕氣體接觸，所述濕氣體中的水或溶解于熔鹽中，或與熔鹽反應(yīng)以向熔鹽中引入氫離子。

12、根據(jù)任意前款所述的方法，其中，所述石墨電極的電化學(xué)腐蝕在濕氣體的氣氛中進(jìn)行，例如其中，所述熔鹽籠罩在濕氣體的氣流下。

13、根據(jù)任意前款所述的方法，其中，所述熔鹽在石墨電極的電化學(xué)腐蝕期間用濕氣體噴霧。

14、根據(jù)條款11、12或13所述的方法，其中，所述濕氣體為濕惰性氣體，例如濕氬氣或濕氮氣。

15、根據(jù)條款11-14中任意一項所述的方法，其中，所述濕氣體通過使氣體流過或流經(jīng)水源而產(chǎn)生。

16、根據(jù)任意前款所述的方法，其中，所述熔鹽在石墨電極的電化學(xué)腐蝕期間的溫度為高于800℃。

17、根據(jù)條款1-10任意一項所述的方法，其中，所述熔鹽在石墨電極的電化學(xué)腐蝕期間與干氣體接觸，所述干氣體包括惰性氣體(如氬氣或氮氣)和氫氣。

18、根據(jù)任意前款所述的方法，其中，所述熔鹽和所述碳質(zhì)粉末通過包括冷卻和固化所述熔鹽并從碳質(zhì)粉末中清洗掉固化鹽的步驟的方法回收。

19、根據(jù)條款18所述的方法，該方法還包括將清洗過的碳質(zhì)材料進(jìn)行真空過濾的步驟。

20、根據(jù)任意前款所述的方法，其中，所述碳質(zhì)粉末含有熱處理步驟前的金屬氫化物化合物(例如氫化鋰)，所述金屬氫化物中的金屬種類從熔鹽中獲得。

21、根據(jù)任意前款所述的方法，其中，所述碳質(zhì)粉末在還原氣氛(例如在還原性氣體氣氛中，例如包含氮氣和氫氣的混合物的氣氛)中通過加熱至高于1000℃(例如至1250℃+/-50℃)的溫度來進(jìn)行熱處理。

22、根據(jù)任意前款所述的方法，其中，所述碳質(zhì)粉末在低壓環(huán)境下加熱進(jìn)行熱處理，例如在真空下，或在部分真空下。

23、根據(jù)任意前款所述的方法，其中，所述石墨烯薄片為具有橫向尺寸大于200nm的石墨烯納米薄片。

24、根據(jù)任意前款所述的方法，其中，石墨電極在電極的電化學(xué)腐蝕期間的電流為大于0.5A/cm²，優(yōu)選為2A/cm²+/-0.5A/cm²。

25、根據(jù)任意前款所述的方法，其中，石墨烯薄片的生產(chǎn)速率大于1kg每小時，優(yōu)選為大于1.5kg每小時，每平方米浸入離子液體中的石墨電極。

26、根據(jù)任意前款所述的方法，其中，所述石墨電極在電化學(xué)腐蝕期間的極性中為陰極。

27、根據(jù)任意前款所述的方法，該方法包括步驟(a)通過兩個或更多石墨電極在含氫離子的熔鹽中的電化學(xué)腐蝕形成碳質(zhì)粉末，所述兩個或更多石墨電極中的每個交替作為負(fù)極與正極對電極接觸一段時間，以產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。

28、通過條款1-27中任意一項所述的方法生產(chǎn)的包含大于80重量％石墨烯薄片的粉末。

29、包含大于80重量％石墨烯薄片的碳質(zhì)粉末，所述石墨烯薄片具有大于200nm的橫向尺寸。

具體實施方式

根據(jù)上述公開的一個或更多方面的本發(fā)明的具體實施方式，現(xiàn)在參照圖描述，其中：

圖1a為石墨電極的電化學(xué)腐蝕生產(chǎn)碳質(zhì)粉末的裝置的示意圖；

圖1b為圖1裝置的一部分的特寫圖，表示濕氣體是如何產(chǎn)生的；

圖2a和2b為掃描電子顯微鏡(SEM)下由石墨電極的電化學(xué)腐蝕形成的碳質(zhì)粉末的顯微圖，主要表示了碳片和碳盤的結(jié)構(gòu)，圖2a為低放大倍率且表示了石墨烯薄片的團(tuán)塊，圖2b為更高放大倍率，表示了所述團(tuán)塊由石墨烯薄片的片段組成；

圖3a、3b和3c為透射電子顯微鏡(TEM)下的顯微圖，表示了通過對石墨電極的電化學(xué)腐蝕形成的碳質(zhì)材料進(jìn)行熱處理后生產(chǎn)得到的石墨烯薄片；圖3c表示了單層石墨烯薄片的電子衍射圖樣；

圖4表明了由(a)石墨電極、(b)石墨電極的電化學(xué)腐蝕形成的碳質(zhì)材料和(c)熱處理碳質(zhì)粉末產(chǎn)生的石墨烯薄片產(chǎn)生的x射線衍射模式；

圖5表明了由a)石墨電極和(b)對由石墨電極的電化學(xué)腐蝕形成的碳質(zhì)粉末進(jìn)行熱處理產(chǎn)生的石墨烯薄片產(chǎn)生的1100-2000cm^-1范圍內(nèi)的拉曼譜圖；

圖6表明了由a)石墨電極和(b)對由石墨電極的電化學(xué)腐蝕形成的碳質(zhì)粉末進(jìn)行熱處理產(chǎn)生的石墨烯薄片產(chǎn)生的2500-2900cm^-1范圍內(nèi)的拉曼譜圖；

圖7為石墨電極的電化學(xué)腐蝕以生產(chǎn)碳質(zhì)粉末的裝置的示意圖；

圖8表示了由石墨電極在Ar-H₂氣氛中在熔化的LiCl中陰極剝落生產(chǎn)的石墨烯納米薄片的SEM圖像；

圖9表示在Ar-H₂氣流下、熔鹽處理過程中生產(chǎn)的石墨烯納米薄片的TEM顯微圖的典型明視場。

根據(jù)上述公開的一個或更多方面的形成石墨烯薄片的方法包括兩個主要步驟。這些步驟中的第一個為，由石墨陰極電化學(xué)腐蝕形成碳質(zhì)粉末。這些步驟中的第二個為，在非氧化氣氛中加熱所述碳質(zhì)粉末。

用于電化學(xué)腐蝕過程的裝置示意圖如圖1a所示。所述裝置10包括垂直管式的鉻鎳鐵合金(Inconel)反應(yīng)器20，其設(shè)置于電阻爐30的里面。所述反應(yīng)器20的上端通過由O環(huán)22和壓力接頭23密封的不銹鋼頂蓋21封閉。所述頂蓋21配置有用于電極引線的導(dǎo)孔和熱電偶40，以及用于進(jìn)氣口51和出氣口52的鋼管。

陽極60由具有60mm內(nèi)徑和150mm高的石墨坩堝形成。陰極70由具有15mm直徑、100mm長且重32g的石墨棒形成。所述陽極60和陰極70通過電極引線61、71與DC電源80電連接。水冷卻系統(tǒng)90防止反應(yīng)器20的上部分過熱。

石墨坩堝中的陶瓷絕緣盤100將陽極60和陰極70隔開。所述石墨坩堝包括與石墨陰極70和陽極60接觸的熔氯化鋰(LiCl)的電解質(zhì)110。

所述進(jìn)氣口51通過鋼管50與含干氬氣的氣管相連。含水54的U彎管53可拆卸地與鋼管50相連。當(dāng)U彎管在位置時，干氬氣在從進(jìn)氣口51進(jìn)入反應(yīng)器20前冒泡穿過U彎管中的水。所述U彎管在圖1b中清楚地表示。在穿過U彎管的過程中，所述干氬氣攜帶水蒸氣并成為濕氬氣。因此，所述反應(yīng)器20中熔氯化鋰110上方的氣氛為濕氬氣，其通過進(jìn)氣口51進(jìn)入并通過出氣口52離開。

在一種電化學(xué)腐蝕的具體實施方式中，250g無水LiCl用作電解質(zhì)。所述電解質(zhì)110的溫度通過設(shè)置于石墨坩堝里面的熱電偶40監(jiān)測。最初地，在20cm³min^-1的干氬氣氣流中，以5℃min^-1的坡度將電解質(zhì)的溫度升至770℃，LiCl在此溫度下為熔融狀態(tài)。升至該溫度后，將含水54的U彎管53置于氬氣穿過管50的路徑中，且將氣體流速增加至100cm³min^-1。通過在陰極70和陽極60之間施加33.0A恒定直流電50min，使得陰極產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。

電化學(xué)腐蝕之后，將所述反應(yīng)器20及其內(nèi)部冷卻至室溫，且通過用大量蒸餾水清洗和真空過濾從固化鹽中回收陰極腐蝕產(chǎn)生的碳質(zhì)粉末。所述碳質(zhì)粉末通過在150℃下干燥2h得到。

為了形成石墨烯薄片，將10g干燥的碳質(zhì)粉末在含80％N₂-20％H₂的氣氛中在水平管式爐中進(jìn)行加熱處理。管式爐中的溫度以15℃min^-1的加熱速度升至1250℃，并在所述爐冷卻至室溫前，保持該溫度30min。

產(chǎn)生的產(chǎn)品為黑色蓬松粉末，其通過不同的技術(shù)研究并發(fā)現(xiàn)包含至少90％石墨烯納米薄片。

使用配有電子衍射的JEOL 6340F場發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)和200kV JEOL 2000FX分析透射式電子顯微鏡(TEM)用于電子顯微鏡評估。使用具有Cu-Ka輻射(k＝1.54A°)的Philips 1710X射線衍射儀(XRD)在步長和保壓時間分別為0.05 2θ和15s下記錄衍射圖樣。使用X’Pert High Score Plus程序分析記錄的衍射圖樣。使用Renishaw 1000拉曼鏡在波長633nm的氦-氖離子激光下收集拉曼數(shù)據(jù)。

圖2a和2b為表示上述的石墨陰極在LiCl熔鹽中電化學(xué)腐蝕生產(chǎn)的碳質(zhì)粉末的SEM顯微圖。

圖2b表示包含許多具有100nm和300nm之間的橫向尺寸的碳片或碳堆的粉末。這些結(jié)構(gòu)具有多個石墨烯層的厚度。相反地，當(dāng)上述實驗在相同的條件下進(jìn)行，但使用干氬氣氣氛而不是濕氬氣氣氛時，得到的碳質(zhì)粉末包含較高比例的碳納米管和碳納米顆粒。需要相信的是，電解質(zhì)中存在的濕氬氣氣氛中獲得的氫離子，可能導(dǎo)致得到的碳質(zhì)粉末形態(tài)學(xué)上的不同。

圖3a、3b和3c為對上述石墨陰極在濕氬氣氣氛中電化學(xué)腐蝕得到的碳質(zhì)粉末進(jìn)行熱處理所得到的石墨烯納米薄片的TEM顯微圖?？梢钥闯?，所述碳質(zhì)粉末的碳片和碳堆(例如圖2b所示)分解為具有少量原子層(許多僅為單原子層)厚度且大約100nm-300nm橫向尺寸的單個石墨烯薄片。圖3c表示石墨烯薄片中獲得的選擇區(qū)域的電子衍射圖樣。

圖4表示形成石墨烯陰極的材料(線(a))、電化學(xué)腐蝕石墨烯陰極形成的碳質(zhì)粉末(線(b))和熱處理碳質(zhì)粉末得到的石墨烯薄片(線(c))的X射線衍射圖樣。

石墨陰極材料的圖中在2θ＝26.441°處的突出且尖銳的峰對應(yīng)著層間距為0.337nm的石墨的(002)峰。

碳質(zhì)粉末的X射線衍射圖樣包含對應(yīng)著層間距為0.336nm的在2θ＝26.485°處石墨的(002)峰。該圖樣也包含由于Li₂CO₃和LiCl相得到的附加峰。人們認(rèn)為Li₂CO₃是通過電化學(xué)過程的副反應(yīng)形成的。也很可能一些氯化鋰和氫化鋰在電解期間被困在碳產(chǎn)品的顯微結(jié)構(gòu)中，其在清洗步驟后由于難以接近而繼續(xù)保持被困。

石墨烯薄片的X射線衍射圖樣表示碳質(zhì)粉末中Li₂CO₃的衍射峰不存在，即表明加熱處理期間除去了Li₂CO₃。碳具有大約3640℃的升華點，然而Li₂CO₃具有大約1300℃的蒸發(fā)/分解點。因此，碳質(zhì)材料中的Li₂CO₃已經(jīng)在還原氣氛中通過熱處理去除。相似地，LiH在大約1200℃下分解為鋰氣體和氫氣。石墨烯薄片的(002)峰可以在對應(yīng)著層間距為0.337nm的2θ＝26.427^。處測得。

圖5表示形成石墨陰極的材料(線(a))和對電化學(xué)腐蝕石墨烯陰極形成的碳質(zhì)粉末進(jìn)行熱處理所得的石墨烯薄片(線(b))在波長范圍為1000-2000cm^-1的拉曼譜圖。

拉曼光譜學(xué)為研究碳基材料的結(jié)構(gòu)性質(zhì)的強(qiáng)有力的技術(shù)。圖5中所示的譜圖均具有存在所謂的1576-1579cm^-1處的G帶和1326-1332cm^-1處的D帶的特征。所述G帶與以二維六方晶格sp²結(jié)合的碳原子的振動有關(guān)，而D帶與結(jié)構(gòu)缺失和部分無定型(partially disordered)碳結(jié)構(gòu)有關(guān)。G和D帶的整體強(qiáng)度比IG/ID為與石墨碳結(jié)晶度對應(yīng)的指數(shù)。

所述石墨陰極材料和石墨烯薄片的IG/ID比分別為3.3和1.5。D峰可以在某種程度上被石墨烯薄片邊緣誘導(dǎo)偏離。因此，關(guān)于石墨烯薄片的較低的IG/ID比值可能是由于石墨烯薄片材料相比于石墨陰極材料更高密度的石墨烯邊緣。然而，石墨烯薄片的ID/IG比仍然較高，且表明石墨烯薄片由高結(jié)晶度的小微晶組成。

圖6表示形成石墨陰極的材料(線(a))和對電化學(xué)腐蝕石墨烯陰極形成的碳質(zhì)粉末進(jìn)行熱處理所得的石墨烯薄片(線(b))在波長范圍為2500-2900cm^-1的拉曼譜圖。該波長范圍觀察到的2D帶為D帶的暗示(overtone)。如圖6所觀察到的，石墨陰極的2D帶有肩寬，而石墨烯薄片的2D帶沒有。此外，石墨烯薄片的2D帶為尖銳且非對稱的，表明石墨烯薄片主要由少于幾層的石墨烯，即主要由少于5層的石墨烯組成。

上述實驗表示石墨棒可以在陰極電勢下在熔化的LiCl中腐蝕，且腐蝕產(chǎn)品主要為石墨烯薄片的碳納米管或碳納米片/堆，其分別根據(jù)過程中是否在干或濕惰性氣體氣流下進(jìn)行。

在干惰性氣體中碳納米管的熔鹽形成為許多先前研究的主題。碳納米管的形成建議通過三步途徑進(jìn)行，其包括a)熔鹽中的堿金屬嵌入石墨烯電極的石墨位面之間的內(nèi)層空間；b)嵌入的種類使得石墨電極表面的機(jī)械應(yīng)力顯著增加，接著石墨層表面瓦解進(jìn)入熔鹽，以及(c)卷起石墨層為管狀結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的發(fā)明人確定了熔鹽上方的氣氛中存在的水改變了石墨電極腐蝕形成的碳納米結(jié)構(gòu)的性質(zhì)。雖然不希望受到理論的束縛，機(jī)制可以如下。

熔化的LiCl可以與濕氬氣氣氛的濕氣反應(yīng)形成氧化鋰和氯化氫。HCl的形成也可以導(dǎo)致熔鹽中H⁺陽離子的形成。濕氬氣氣氛的濕氣中的水也可以溶解于熔化的LiCl，而不與LiCl反應(yīng)。在這種情況下，水可以簡單地溶于LiCl且電離為H⁺和O^2-。出于這種考慮，石墨陰極在濕氬氣氣流下在熔鹽中腐蝕使得石墨烯納米薄片的形成，可以歸咎于鋰和氫嵌入石墨基空間的內(nèi)層空間，使得石墨剝落以產(chǎn)生石墨烯納米薄片。此外，鋰化合物(如Li₂CO₃)可以由熔鹽中的碳質(zhì)材料、氧和鋰種類的副反應(yīng)形成。當(dāng)在提高的溫度下加熱時，鋰化合物被除去，因此得到較高產(chǎn)率的石墨烯薄片。加熱處理也可以導(dǎo)致石墨烯薄片堆進(jìn)一步裂開，生成更高比例的單個石墨烯薄片(或具有10或更少原子層厚度的石墨烯薄片堆)。

圖7表示使用根據(jù)上述公開的一個或更多方面的方法用于石墨烯薄片的生產(chǎn)的裝置1000。所述裝置包含配置在電阻爐1020內(nèi)部的垂直管狀鉻鎳鐵合金反應(yīng)器1010。在反應(yīng)器1010中配置有直徑為10cm且高度為16cm的氧化鋁坩堝1030。

在氧化鋁坩堝中配置有1kg氯化鋁1040和三個石墨電極。所述三個石墨電極由第一陰極1051、第二陰極1052和陽極1060組成。所有三個電極均由商業(yè)可得的工業(yè)級的石墨形成。所述第一陰極1051和第二陰極1052為具有13mm直徑的棒(Goodfellow 809-013-12，直徑為13mm，長度為15cm，純度為99.997％)。所述陽極1060為具有20mm直徑和30cm長度的棒。

所述陽極1060通過鋼電流連接器2010與電源耦合。所述第一和第二陰極通過鋼電流連接器2011、2012以及DC電流分流器2000與電源1090耦合。所述電流分流器2000使得電源1090中的電流轉(zhuǎn)移至第一陰極1051或第二陰極1052。

進(jìn)入反應(yīng)器的入口170使得覆蓋氣體氣流進(jìn)入反應(yīng)器形成熔鹽1040上方的氣氛。在優(yōu)選的實施方式中，所述覆蓋氣體由氬氣和4摩爾百分比氫氣組成。出口1080使得覆蓋氣體流出。

最初，在200cm³min^-1流速的Ar-4％H₂的氣體混合物下，反應(yīng)器中的溫度以5℃min^-1的坡度升至大約800℃，其中，LiCl為熔融狀態(tài)。所述氣體混合物為干燥氣體。接著進(jìn)行電化學(xué)過程。調(diào)整DC電流分流器使得第一陰極1051作為工作電極，而陽極1060作為對電極。在該情況下，在所述第一陰極和陽極之間施加40A的恒定直流電(對應(yīng)大約0.8Acm^-2陰極電流密度)。20min后操作電流分流器使得第二陰極1052與電源的負(fù)極相連，且代替第一陰極1051作為工作電極。又過20min后再操作電流分流器，使第一陰極再次作為工作電極。該過程每20min間隔重復(fù)一次，直至總時間為180min。之后，將電池冷卻至室溫，并通過用大量蒸餾水清洗和真空過濾從固化鹽中回收陰極中剝落的碳質(zhì)產(chǎn)品。在100℃下干燥得到黑色碳質(zhì)粉末。通過許多方法分析最終產(chǎn)品，發(fā)現(xiàn)其包含40g黑色蓬松粉末形式的石墨烯納米薄片。圖8表示石墨烯納米薄片的SEM圖像。該顯微圖表明了非常高外觀質(zhì)量的高產(chǎn)量隨機(jī)取向的石墨烯納米薄片的制備。圖9表示石墨烯納米薄片的TEM顯微圖的典型明視場。圖9的左上角所示的納米薄片邊緣記錄的選擇區(qū)域衍射圖樣表示了期望的典型六重對稱(six-fold symmetry)石墨烯。

從獲得結(jié)果中計算石墨烯的生產(chǎn)速率為1kg/h·m²石墨電極。