CN102127750B - 一种基于化学沉积法制备石墨烯材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的是一种基于化学沉积法制备石墨烯材料的方法。(1)将石墨化催化剂的可溶性盐与聚合物以及有机溶剂均匀混合；(2)在反应器中加入基板，并在惰性气氛保护下将反应器温度升至450～1000℃；(3)将步骤(1)所得的混合物在惰性气体保护下通入反应器进行化学沉积；(4)降温取出基板后，通过超声、酸洗去除催化剂颗粒即得石墨烯材料。本发明采用有机溶剂可溶性聚合物为碳源，在保护气体气氛下使用浮游催化剂裂解碳源实现化学沉积，从而在基板上生长出单层或多层石墨烯材料，通过化学沉积批量制备石墨烯材料，该方法制备的石墨烯材料晶型完整、含氧量低、缺陷少。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种纳米材料的制备方法，具体涉及一种批量制备石墨烯的方法。
背景技术
石墨烯材料是由单层石墨组成的纳米级石墨材料，由于具有优异的导电性、导热性及力学性能，在纳米器件、导热、导电及储能领域有着巨大的潜在应用价值，石墨烯材料的理论比表面积高达2600m2/g，具有突出的导热性能(3000W/(m·K))和力学性能(1060GPa)，以及室温下高速的电子迁移率(15000cm2/(V·s))。石墨烯特殊的结构，使其具有完美的量子隧道效应、半整数的量子霍尔效应、从不消失的电导率等一系列性质，引起了科学界巨大兴趣。然而，尽管石墨烯具有上述诸多优点，但是目前还没有实现批量的生产，目前的制备方法也仅限于实验室的制备包括机械剥离法，氧化还原法以及化学气相沉积法等。例如，英国曼彻斯特大学的物理学教授Geim等(Novoselov K S，Geim A K，Morozov S V，et al.Science，2004，306：666)利用胶带剥离法制备了石墨烯，但是该方法无法实现批量的制备。专利申请号为200910070735.0；200910054919.8；200910184202.5等专利文件中则公开了由氧化石墨经化学还原、热处理或者电化学还原制备石墨烯材料，虽然这种方法可以批量制备石墨烯材料，但是一方面在制备氧化石墨时，要用到强酸和强氧化剂会产生污染，另一方面通过氧化石墨法制备的石墨烯材料表面缺陷也较多。此外专利申请号为200810113596.0的专利文件中公布了一种使用衬底，通过在衬底上沉积催化剂，然后再经过气相化学沉积制备石墨烯材料的方法，该方法由于要控制催化剂在衬底上的均匀沉积，制备方法比较复杂，成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能制备出晶型完整、含氧量低、缺陷少的石墨烯材料，而且原料成本低、工艺简单、易于批量生产的基于化学沉积法制备石墨烯材料的方法。
本发明的目的是这样实现的：
(1)将石墨化催化剂的可溶性盐与聚合物以及有机溶剂均匀混合；
(2)在反应器中加入基板，并在惰性气氛保护下将反应器温度升至450～1000℃；
(3)将步骤(1)所得的混合物在惰性气体保护下通入反应器进行化学沉积；
(4)降温取出基板后，通过超声、酸洗去除催化剂颗粒即得石墨烯材料。
本发明还可以包括：
1、所述聚合物为聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚乙烯和聚丙烯的共聚物类能溶于有机溶剂的热塑性聚合物。
2、所述的有机溶剂为酮类、酯类、芳香族、四氢呋喃中的一种。
3、所述的石墨化催化剂的可溶性盐包括Ni、Co、Fe、Pt、Au、Cu、Mn、Mo、Ti、V的氯化物、硝酸盐或者硫酸盐中的至少一种。
4、所述石墨化催化剂、聚合物和溶剂的的重量比为0.001～10∶1∶1～100。
5、所述的惰性保护气为氮气、氩气或氦气。
6、所述的基板为平面基板或颗粒状基板，基板表面的体相化学组成为二氧化锆、二氧化硅、三氧化二铝或以所述的二氧化锆、二氧化硅或三氧化二铝为主要成份的混合物。
7、所述的化学沉积时间为2min～3h。
本发明提供了一种基于化学沉积法制备石墨烯材料的方法，采用有机溶剂可溶性聚合物为碳源，在保护气体气氛下使用浮游催化剂裂解碳源实现化学沉积，从而在基板上生长出单层或多层石墨烯材料，通过化学沉积批量制备石墨烯材料，该方法制备的石墨烯材料晶型完整、含氧量低、缺陷少。
与现有技术相比，本方法选用廉价的工业聚合物为碳源，降低了生产成本，并在制备过程中使用不同形态的基板进行石墨烯的收集，可以实现石墨烯批量生产，而且所得的石墨烯材料晶体结构完整、缺陷少、含氧量低、容易实现工业化。
附图说明
附图为本发明实施例5所制备的石墨烯材料的透射电镜照片。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明：
实施例1
以石英基板为基底，将其放入反应器中，在氮气氛下升温至800℃，将CoCl2与聚丙烯以及丙酮按0.001∶1∶1的比例混合均匀通入反应器反应30min，冷却后取出基底，置于稀盐酸中超声并充分洗涤，过滤水洗至中性，烘干既得石墨烯材料。
实施例2
以成分主要为二氧化锆的陶瓷球为基底，将其放入反应器中，在氩气氛下升温至1000℃，将NiCl2与聚乙烯以及乙酸乙酯按10∶1∶100的比例混合均匀通入反应器反应2min，冷却后取出基底，置于稀盐酸中超声并充分洗涤，过滤水洗至中性，烘干既得石墨烯材料。
实施例3
以成分主要为三氧化二铝的陶瓷球为基底，将其放入反应器中，在氦气氛下升温至500℃，将FeSO4与聚苯乙烯以及苯按0.01∶1∶50的比例混合均匀通入反应器反应1h，冷却后取出基底，置于稀盐酸中超声并充分洗涤，过滤水洗至中性，烘干既得石墨烯材料。
实施例4
以成分主要为二氧化锆的陶瓷球为基底，将其放入反应器中，在氮气氛下升温至450℃，将Ni(NO3)2与聚氯乙烯以及四氢呋喃按0.1∶1∶50的比例混合均匀通入反应器反应3h，冷却后取出基底，置于稀盐酸中超声并充分洗涤，过滤水洗至中性，烘干既得石墨烯材料。
实施例5
以石英球为基底，将其放入反应器中，在氮气氛下升温至600℃，将Co(NO3)2与聚苯乙烯以及丙酮按0.1∶1∶50的比例混合通入反应器反应0.5h，冷却后取出基底，置于稀盐酸中超声并充分洗涤，过滤水洗至中性，烘干既得石墨烯材料。
实施例6
以石英砂为基底，将其放入反应器中，在氮气氛下升温至700℃，将Ni(SO4)2与聚氯乙烯以及四氢呋喃按0.5∶1∶70的比例混合通入反应器反应0.5h，冷却后取出基板，置于稀盐酸中超声并充分洗涤，过滤水洗至中性，烘干既得石墨烯材料。
Claims (4)
1.一种基于化学沉积法制备石墨烯材料的方法，其特征是：
（1）将石墨化催化剂的可溶性盐与聚合物以及有机溶剂均匀混合；
（2）在反应器中加入基板，并在惰性气氛保护下将反应器温度升至450~1000℃；
（3）将步骤（1）所得的混合物在惰性气体保护下通入反应器进行化学沉积；
（4）降温取出基板后，通过超声、酸洗去除催化剂颗粒即得石墨烯材料；
所述聚合物为聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或聚乙烯和聚丙烯的共聚物；
所述的石墨化催化剂的可溶性盐包括Ni、Co、Fe、Pt、Au、Cu、Mn、Mo、Ti、V的氯化物、硝酸盐或者硫酸盐中的至少一种；
所述石墨化催化剂、聚合物和溶剂的重量比为0.001~10：1：1~100；
所述的基板为平面基板或颗粒状基板，基板表面的体相化学组成为二氧化锆、二氧化硅、三氧化二铝或以所述的二氧化锆、二氧化硅或三氧化二铝为主要成份的混合物。
2.根据权利要求1所述的基于化学沉积法制备石墨烯材料的方法，其特征是：所述的有机溶剂为酮类、酯类、芳香族、四氢呋喃中的一种。
3.根据权利要求2所述的基于化学沉积法制备石墨烯材料的方法，其特征是：所述的惰性保护气为氮气、氩气或氦气。
4.根据权利要求3所述的基于化学沉积法制备石墨烯材料的方法，其特征是：所述的化学沉积时间为2min~3h。
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| 任文才等.石墨烯的化学气相沉积法制备.《新型炭材料》.2011,第26卷(第1期),71-80. * |
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