CN102167313A - 一种电场剥离氧化石墨烯的方法 - Google Patents

一种电场剥离氧化石墨烯的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102167313A
CN102167313A CN2011101034016A CN201110103401A CN102167313A CN 102167313 A CN102167313 A CN 102167313A CN 2011101034016 A CN2011101034016 A CN 2011101034016A CN 201110103401 A CN201110103401 A CN 201110103401A CN 102167313 A CN102167313 A CN 102167313A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electric field
graphene oxide
peeling
graphene
graphite oxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2011101034016A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102167313B (zh
Inventor
张东
肖淑华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tongji University
Original Assignee
Tongji University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tongji University filed Critical Tongji University
Priority to CN2011101034016A priority Critical patent/CN102167313B/zh
Publication of CN102167313A publication Critical patent/CN102167313A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102167313B publication Critical patent/CN102167313B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明属于纳米材料技术领域，具体为一种电场剥离氧化石墨烯的方法。本发明以氧化石墨为原料，配合利用十二烷基硫酸钠表面活性剂，在交变电场的作用下剥离得到氧化石墨烯。本发明不但克服了现有技术中存在的问题，还具有操作简单、成本低廉、效率高等优点，适合于规模化连续生产。

Description

一种电场剥离氧化石墨烯的方法
技术领域
本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种新的氧化石墨烯剥离方法。
背景技术
石墨烯是一种二维结构的碳纳米材料，其理论比表面积高达2600 m2 / g；室温下电子迁移率为200000 cm2 / (V·S)，远远高于现有的半导体和导体材料。由于石墨烯具有极其优异的机械、热学、光学以及电学性能，其有望应用于超大电容、光子传感器，甚至代替硅生产超级计算机。
目前制备石墨烯的路线主要有两条：一条路线是外延生长法，另一条路线是剥离法。2004 年，英国曼彻斯特大学的教授Geim 和Novoselov采用胶带法剥离出石墨烯，并且确定石墨烯可以在外界环境中稳定存在。这种方法是通过机械外力从体相石墨上剥离出石墨烯。典型的制备方法是用一种材料与膨胀的石墨进行摩擦，石墨的表面就会产生絮片状的晶体，这些晶体中含有石墨烯。机械剥离法能够得到高质量石墨烯，但是产量十分的少，无法应用到实际生产中。利用热分解可膨胀石墨的方法可制备石墨烯纳米带。在混合气体中(氩气中含3% 的氢气)把膨胀石墨加热到1000摄氏度，再分散在聚1，2-二氯乙烷溶液中，超声处理30 min形成均质液，离心去除杂质即可得到石墨烯。
目前制备石墨烯采用最多的方法是超声剥离法。以氧化石墨为原料，加入去离子水，配置成一定浓度的氧化石墨悬浮液。在超声的作用下，氧化石墨片层由于受到周围液体的空化作用而迅速剥离成石墨烯片层。利用此方法可以得到石墨烯，但是很难控制石墨烯片层的大小、厚度以及边缘形状，并且随着时间的延长，石墨烯很容易被撕裂成小碎片，无法得到理想的大片石墨烯。
除此之外，超声法剥离得到的石墨烯很容易产生噪音污染，并且无法实现大规模的连续生产，效率十分低，很难投入到工业生产中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种效率高、无噪音污染，适应于规模化连续生产的氧化石墨烯剥离方法。
本发明提供的氧化石墨烯剥离方法，是以氧化石墨为原料，配合利用十二烷基硫酸钠表面活性剂，在交变电场的作用下剥离得到氧化石墨烯。其基本原理为十二烷基硫酸钠的阳离子在阴极附近得到电子，使得离子溶液产生自由基，自由基可以与石墨烯片层的一个π键结合，在电场的作用下剥离氧化石墨烯。本发明不但克服了现有技术中存在的问题，还具有操作简单、成本低廉、效率高等优点。
本发明主要涉及的实验装置如附图1所示，包括交流电源1， 信号发生器2， 功率分放大器 3，示波器4，玻璃槽5，石墨棒6。其中信号发生器2为通用放大器，可产生正弦波、脉冲波、三角波以及方波，频率的变化范围在0~7 kHz。功率放大器3的型号为HVP-300A，其调压范围为0~300V。示波器4是用来观察各种不同信号幅度随时间的变化，可选用各类常规的示波器，用于监测剥离过程中电场状况。玻璃槽5的高度在100～500毫米之间，宽度在50～200毫米之间，长度在100～1000毫米之间。石墨棒电极6的直径在5～20毫米之间，高度在120～550毫米之间。信号发生器产生的电信号经功率放大器放大通过石墨棒电极作用于玻璃槽内氧化石墨悬浮液，到达剥离效果。
本发明的电场剥离氧化石墨烯方法，具体操作步骤如下：
（1）配制表面活性剂十二烷基硫酸钠与氧化石墨的悬浮液。按1：10～1:1的质量比混合表面活性剂和氧化石墨，氧化石墨粒径选择范围为10～200微米。然后按照配制氧化石墨浓度为0.1mg/ml～1mg/ml的要求，加入去离子水。在设定的温度范围（10～50摄氏度），利用磁力搅拌器分散一定时间（10～30分钟），获得悬浮液。
（2） 将悬浮液加入玻璃槽中，没过电极五分之四，然后按顺序开启各项设备，首先开启电源，然后开启信号发生器、示波器和功率放大器。剥离电场频率设定范围为40Hz～4kHz，剥离电场波形可在正弦波、锯齿波和方波等三种波形中选择，剥离电压设定范围为10V～200伏特，剥离时间设定范围为30～300分钟，剥离温度设定范围为10～50摄氏度。
利用原子力显微镜对剥离得到的氧化石墨烯进行检测。
与现有技术相比，本方法剥离氧化石墨烯具有如下优点：① 采用电场剥离氧化石墨烯，相比传统的超声剥离法，具有无噪音、低成本、产量高、质量好等特点；② 采用十二烷基硫酸钠作为表面活性剂，可以大大提高电场法剥离氧化石墨烯的产量，无毒，对环境无污染；③ 此方法剥离得到的石墨烯尺寸和厚度比较均一，石墨烯片层比较大，且表面平整，很少出现孔洞等缺陷；④电场剥离氧化石墨烯所需设备简单，操作易行；⑤实验反应温和，外界环境对实验的影响不大。
附图说明
图1 是本发明的实验装置示意图。
图2为实施例1的原子力图。
图3为实施例2的原子力图。
图4为实施例3的原子力图。
图中标号：1交流电源， 2信号发生器 ，3功率分放大器， 4示波器， 5 玻璃槽， 6石墨棒。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明。
实施例1：
选取十二烷基硫酸钠500毫克和粒径为140 微米的氧化石墨500毫克，按质量比1:1混合，加入去离子水1000毫升，配成浓度为0.5 mg/ml的混合悬浮液。在20摄氏度条件下，利用磁力搅拌器分散20分钟。然后将悬浮液导入玻璃槽，设定各项剥离参数为：剥离电场频率设定为400Hz，剥离电场波形为正弦波，剥离电压设定为20伏特，剥离时间设定范围为60分钟，剥离温度设定范围为20摄氏度。用原子力显微镜对剥离得到的氧化石墨烯进行检测，结果如图2所示，在此条件下剥离得到的氧化石墨烯，其横向尺寸可达4 微米，厚度约为5纳米，大小均一，表面平整，且没有明显的缺陷。
实施例2：
选取十二烷基硫酸钠500毫克和粒径为50 微米的氧化石墨500毫克，按质量比1:1混合，加入去离子水500毫升，配成浓度为1 mg/ml的混合悬浮液。在20摄氏度条件下，利用磁力搅拌器分散20分钟。然后将悬浮液导入玻璃槽，设定各项剥离参数为：剥离电场频率设定为1kHz，剥离电场波形为方波，剥离电压设定为50伏特，剥离时间设定范围为60分钟，剥离温度设定范围为20摄氏度。用原子力显微镜对剥离得到的氧化石墨烯进行检测，结果如图3所示，在此条件下剥离得到的氧化石墨烯，其横向尺寸可达2 微米，厚度约为2纳米，尺寸、厚度及形状均一。
实施例3：
选取十二烷基硫酸钠500毫克和粒径为100 微米的氧化石墨500毫克，按质量比1:1混合，加入去离子水1000毫升，配成浓度为0.5mg/ml的混合悬浮液。在20摄氏度条件下，利用磁力搅拌器分散20分钟。然后将悬浮液导入玻璃槽，设定各项剥离参数为：剥离电场频率设定为2kHz，剥离电场波形为锯齿波，剥离电压设定为100伏特，剥离时间设定范围为30分钟，剥离温度设定范围为20摄氏度。用原子力显微镜对剥离得到的氧化石墨烯进行检测，结果如图4所示，在此条件下剥离得到的氧化石墨烯，其横向尺寸可达5 微米，厚度约为3纳米，表面平整，无褶皱，无孔隙。

Claims (1)

1.一种电场剥离氧化石墨烯的方法，其特征在于具体步骤为：
（1）配制表面活性剂与氧化石墨的悬浮液：表面活性剂采用十二烷基硫酸钠，按1：10～1:1的质量比混合表面活性剂和氧化石墨，氧化石墨粒径为10～200微米；然后按照配制氧化石墨浓度为0.1mg/ml～1mg/ml的要求，加入去离子水；在10～50摄氏度的温度下，利用磁力搅拌器分散10～30分钟，即获得悬浮液；
（2）将上述悬浮液加入玻璃槽中，液面没过电极五分之四，然后按顺序开启各项设备：首先开启电源，然后依次开启信号发生器、示波器和功率放大器；剥离电场频率为40Hz～4kHz，剥离电场波形为正弦波、锯齿波或方波，剥离电压为10V～200伏特，剥离时间为30～300分钟，剥离温度为10～50摄氏度。
CN2011101034016A 2011-04-25 2011-04-25 一种电场剥离氧化石墨烯的方法 Expired - Fee Related CN102167313B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011101034016A CN102167313B (zh) 2011-04-25 2011-04-25 一种电场剥离氧化石墨烯的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011101034016A CN102167313B (zh) 2011-04-25 2011-04-25 一种电场剥离氧化石墨烯的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102167313A true CN102167313A (zh) 2011-08-31
CN102167313B CN102167313B (zh) 2012-08-22

Family

ID=44488669

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2011101034016A Expired - Fee Related CN102167313B (zh) 2011-04-25 2011-04-25 一种电场剥离氧化石墨烯的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102167313B (zh)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102963886A (zh) * 2012-11-28 2013-03-13 同济大学 一种多孔状氧化石墨烯的制备方法
CN102963887A (zh) * 2012-11-30 2013-03-13 同济大学 电化学剥离和还原一体化的石墨烯制备方法
CN103172058A (zh) * 2013-03-11 2013-06-26 同济大学 一种三维网状石墨烯的制备方法
CN103253654A (zh) * 2012-02-20 2013-08-21 海洋王照明科技股份有限公司 一种电场剥离插层石墨制备石墨烯的方法
CN103449410A (zh) * 2012-05-30 2013-12-18 海洋王照明科技股份有限公司 一种制备石墨烯的方法
CN103794371A (zh) * 2012-10-29 2014-05-14 海洋王照明科技股份有限公司 石墨烯-离子液体复合材料及其制备方法、复合电极及其制备方法和电化学电容器
CN103834993A (zh) * 2014-01-07 2014-06-04 同济大学 一种石墨烯枝晶的制备方法及其石墨烯枝晶
CN104291327A (zh) * 2014-09-24 2015-01-21 北京化工大学常州先进材料研究院 一种熔盐电化学剥离石墨制备石墨烯的方法
CN105390571A (zh) * 2015-11-29 2016-03-09 上海澜烨材料技术有限公司 宽禁带半导体材料的生长和分离方法
CN106245104A (zh) * 2016-07-20 2016-12-21 西安交通大学 一种基于电化学法剥离双石墨电极制备石墨烯的方法
CN103626164B (zh) * 2012-08-28 2016-12-21 海洋王照明科技股份有限公司 石墨烯的制备方法
CN112408370A (zh) * 2020-12-11 2021-02-26 中国科学院兰州化学物理研究所 一种工业润滑油用石墨烯添加剂的制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201458743U (zh) * 2009-04-03 2010-05-12 同济大学 一种剥离氧化石墨为功能石墨烯的交互场装置
CN101962182A (zh) * 2010-10-26 2011-02-02 云南大学 碳纳米棒的简易制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201458743U (zh) * 2009-04-03 2010-05-12 同济大学 一种剥离氧化石墨为功能石墨烯的交互场装置
CN101962182A (zh) * 2010-10-26 2011-02-02 云南大学 碳纳米棒的简易制备方法

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103253654A (zh) * 2012-02-20 2013-08-21 海洋王照明科技股份有限公司 一种电场剥离插层石墨制备石墨烯的方法
CN103449410A (zh) * 2012-05-30 2013-12-18 海洋王照明科技股份有限公司 一种制备石墨烯的方法
CN103626164B (zh) * 2012-08-28 2016-12-21 海洋王照明科技股份有限公司 石墨烯的制备方法
CN103794371A (zh) * 2012-10-29 2014-05-14 海洋王照明科技股份有限公司 石墨烯-离子液体复合材料及其制备方法、复合电极及其制备方法和电化学电容器
CN102963886A (zh) * 2012-11-28 2013-03-13 同济大学 一种多孔状氧化石墨烯的制备方法
CN102963887A (zh) * 2012-11-30 2013-03-13 同济大学 电化学剥离和还原一体化的石墨烯制备方法
CN102963887B (zh) * 2012-11-30 2015-01-14 同济大学 电化学剥离和还原一体化的石墨烯制备方法
CN103172058A (zh) * 2013-03-11 2013-06-26 同济大学 一种三维网状石墨烯的制备方法
CN103172058B (zh) * 2013-03-11 2015-01-14 同济大学 一种三维网状石墨烯的制备方法
CN103834993A (zh) * 2014-01-07 2014-06-04 同济大学 一种石墨烯枝晶的制备方法及其石墨烯枝晶
CN104291327A (zh) * 2014-09-24 2015-01-21 北京化工大学常州先进材料研究院 一种熔盐电化学剥离石墨制备石墨烯的方法
CN105390571A (zh) * 2015-11-29 2016-03-09 上海澜烨材料技术有限公司 宽禁带半导体材料的生长和分离方法
CN105390571B (zh) * 2015-11-29 2017-11-14 上海澜烨材料技术有限公司 宽禁带半导体材料的生长和分离方法
CN106245104A (zh) * 2016-07-20 2016-12-21 西安交通大学 一种基于电化学法剥离双石墨电极制备石墨烯的方法
CN112408370A (zh) * 2020-12-11 2021-02-26 中国科学院兰州化学物理研究所 一种工业润滑油用石墨烯添加剂的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN102167313B (zh) 2012-08-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102167313B (zh) 一种电场剥离氧化石墨烯的方法
Zhou et al. Boosting of water splitting using the chemical energy simultaneously harvested from light, kinetic energy and electrical energy using N doped 4H-SiC nanohole arrays
CN103408000B (zh) 大片氧化石墨烯的制备方法
CN106006715B (zh) 利用液相隔膜放电等离子体制备纳米氧化锌的方法
Barai et al. Template-free synthesis of two-dimensional titania/titanate nanosheets as electrodes for high-performance supercapacitor applications
Liu et al. Magnetic-field-assisted preparation of one-dimensional (1-D) wire-like NiO/Co3O4 composite for improved specific capacitance and cycle ability
CN105293580A (zh) 一种制备过渡金属硫化物二维纳米片层分散液的方法
Qiang et al. Ultrasound-enhanced preparation and photocatalytic properties of graphene-ZnO nanorod composite
Dai et al. Photocatalytic performance of PMN-PT@ TiO2 highly enhanced by alternative spatial electric field induced charge separation effect
CN109534335A (zh) 一种大尺寸氧化石墨烯的制备方法以及由此得到的大尺寸氧化石墨烯
CN107557806A (zh) 一种覆盖于Co‑Mo‑O上的Co‑O高效复合析氢电极及其制备方法
Wang et al. Co 3 O 4/RGO/Co 3 O 4 pseudocomposite grown in situ on a Co foil for high-performance supercapacitors
CN106044755B (zh) 一种利用脉冲激光扫描石墨悬浮混合液制备石墨烯的方法
CN102963886A (zh) 一种多孔状氧化石墨烯的制备方法
CN109264708A (zh) 一种二维材料的制造方法
CN102807248B (zh) 一种纳米阵列硫化亚铜的制备方法
CN103896208A (zh) 钛基底上二氧化锰纳米线阵列电极及其制备方法
CN203021301U (zh) 一种用于制备氧化石墨烯的规模化电化学剥离装置
CN108251888A (zh) 一种透明4H-SiC纳米孔阵列的制备方法
CN103721574B (zh) 纳米过滤膜及其制备方法、荧光石墨烯量子点的制备方法
CN102856196B (zh) 基于ZnO纳米线阵列的压电场效应晶体管的构建方法
CN103484889A (zh) 一种大量制备高质量少层石墨烯粉末的方法
CN107403700B (zh) 一种双氧化物/石墨烯纳米复合电极材料的制备方法
CN113479868A (zh) 一种有机酸铵熔盐双极电化学剥离制备石墨烯的方法
CN106587020B (zh) 一种高电导率硫掺杂石墨烯的快速制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20120822

Termination date: 20150425

EXPY Termination of patent right or utility model