CN103601176A - 一种合成石墨烯的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种合成石墨烯的制备方法，属于石墨烯制备领域。制备方法步骤如下：合成负载Fe3+离子的蒙脱石催化剂；将Fe3+-蒙脱石催化剂和苯溶液分别置于两个坩埚里，然后将它们放入高压反应釜中；反应后的样品用氰氟酸和硝酸超声条件下洗涤除去蒙脱石骨架，然后冷冻干燥得到石墨烯黑色粉末。负载铁离子的蒙脱石在高压釜中250℃催化苯脱氢合成石墨烯，这个反应过程中不需要载气，对催化剂表面无要求，反应温度低，反应成本低，具有一定的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于石墨烯领域，具体涉及一种合成石墨烯的制备方法，即用负载三价铁离子的蒙脱石在较低温度下催化苯合成石墨烯。
背景技术
石墨烯是一种由碳原子构成的层片状结构的新材料，具有优异的电学、热学、力学等方面的性能。如常温下它的电子迁移率超过15000cm2/（V·s），比纳米碳管或硅晶体还要高，电阻率只约10-6Ω·cm，比铜或银更低，导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，因此已在电子、航天、光学、储能、生物医药等领域得到广泛应用。
常用合成石墨烯的方法有机械剥离法、化学氧化法、晶体外延生长法、化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition；CVD）、有机合成法和碳纳米管剥离法等。其中CVD法可以满足规模化制备石墨烯的要求。在CVD方法中，首先将Ni、Cu等金属催化剂置入管式沉积炉中，然后在高温下（一般800℃左右）用H2和He等载气通入含碳气体（如甲烷，气化的苯等），这些含碳气体在催化剂表面分解沉积合成石墨烯（Wu,B.Geng,D.,Guo,Y.,Huang,L.,Xue,Y.,Zheng,J.,Chen,J.,Yu,G.,Liu,Y.,Jiang,L.,Hu,W.Equiangular hexagon-shape-controlled synthesis of graphene on copper surface（铜表面上等边六角形形貌石墨烯的可控合成）.Adv.Mater.2011，23,3522-3525；Kim,K.S.Zhao,Y.,Jang,H.,Lee,S.Y.,Kim,J.M.,Kim,K.S.,Ahn,J.H.,Kim,P.,Choi,J.Y.,Hong,B.H..Large-scale pattern growth of graphene films for stretchable transparentelectrodes(用于延展透明电极的石墨烯膜的大尺度生长).Nature2009,457,706-710）。这个过程温度较高，要求催化剂表面无缺陷，且需要H2和He等载气，得到的样品需用酸洗去除金属基底，工艺复杂，成本较高，因此开发低温简单的合成石墨烯的方法就成为当前石墨烯研究的热点。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
针对传统CVD法要求催化剂表面无缺陷，需要H2和He等载气及反应温度高等苛刻要求，本发明提供了一种简单的低温合成石墨烯的制备方法：以负载铁离子的蒙脱石在高压釜中150-350℃催化苯脱氢合成石墨烯，这个反应过程中不需要载气，对催化剂表面无要求，反应温度低,，低成本工艺简单,克服了传统CVD法的上述缺点。
2.技术方案
发明原理：蒙脱石是一种层状结构的矿物材料，由于离子置换（如二价镁离子置换蒙脱石中的三价铝离子），蒙脱石的层带有负电荷，而层中间是中和这些负电荷的阳离子。如果是钠离子，我们将这种蒙脱石称为钠蒙脱土。也可用其它的阳离子将钠离子置换出来，得到其他阳离子饱和的蒙脱土。负载三价铁离子的蒙脱石可以在蒙脱石层间催化卤代苯酚的缩聚，得到二恶因等二聚分子。具体机理是层间的三价铁离子通过和卤代苯酚配位，从卤代苯酚中得到电子，产生卤代苯酚自由基，随后发生缩聚反应，得到二聚产物。因此设想负载三价铁离子的蒙脱石也可以在蒙脱石层间催化苯的缩聚生成石墨烯，同时利用蒙脱石的层结构限制石墨烯的叠加，得到薄层石墨烯。
一种合成石墨烯的制备方法，其步骤为：
（1）将钠蒙脱土置于0.1-0.2mol/L的FeCl3溶液中搅拌过夜，目的是使铁离子将粘土层间的钠离子置换出来，得到层间吸附铁离子的粘土；然后离心，弃去上清液，将得到的沉淀物再置于0.1-0.2mol/L的FeCl3溶液，如此循环3-5遍，最后将离心出来的沉淀物冷冻干燥，即得到负载Fe3+离子的蒙脱石催化剂；
（2）按照负载Fe3+离子的蒙脱石催化剂（g）：苯（ml）=0.1-0.5：5-9比例，分别将负载Fe3+离子的蒙脱石催化剂和苯置于两个坩埚里，然后将它们放入反应釜中，温度控制在150-350℃，反应时间为4-5个小时；
（3）反应后的产品用体积比为1：1的质量百分比浓度40%氰氟酸和质量百分比浓度60%硝酸（组成的混合溶液超声洗涤除去蒙脱石骨架，然后用去离子水将溶液洗至中性，冷冻干燥得到石墨烯黑色粉末。
所述步骤3中使用KQ-00KED型高功率数控超声清洗器(昆山超声仪器有限公司)。
所述的钠蒙脱土购买于浙江丰虹粘土化工有限公司。
3.有益效果
本发明利用蒙脱土带负电荷的层表面稳定苯转化成石墨烯过程中所产生的活性中间体，从而降低了反应温度。将苯、负载三价铁的蒙脱土置于密封反应釜中，然后升温合成石墨烯，由于反应是在封闭的空间中进行，所以不需要载气。具体表现在(1)催化剂是负载三价铁离子的蒙脱石，利用蒙脱石的层状结构合成石墨烯，避免传统CVD方法中对催化剂表面的苛刻要求;(2)不需要H2和He等载气保持催化剂的表面不被氧化;(3)反应温度低，250℃就可以得到石墨烯，比传统CVD方法所需的800℃要低很多，降低了能耗;(4)反应在高压反应釜中进行，不需要用He等载气将苯导入到催化剂表面，对合成石墨烯的仪器设备要求简单。
附图说明
图1-a实施例1中合成石墨烯材料的拉曼结果图，表明所合成的材料具有片层石墨的特征.图中纵坐标intensity是强度，以au（原子单位）为单位，横坐标Ramanshift是拉曼偏移，以波数（cm-1）为单位。Fe(III)-MMT-Ben250：负载Fe3+离子的蒙脱石催化剂在250℃催化苯的反应产物；Fe(III)-MMT-Ben250treated byacids：负载Fe3+离子蒙脱石催化剂在250℃催化苯的反应产物用酸处理后的样品；
图1-b实施例1中合成石墨烯的电镜照片，表示所合成的碳材料具有层状结构；图1-c实施例1中合成石墨烯的元素分析图，表明碳元素含量在80%以上，横坐标Kev是电子激发所需的能量；
图1-d实施例1中合成石墨烯的晶格衍射图照片，是典型的六圆环衍射，表明所合成片状碳材料主要由六圆环构成；
图2实施例2中合成石墨烯的电镜照片，表示所合成的碳材料具有层状结构；
图3实施例3中合成石墨烯的电镜照片，表示所合成的碳材料具有层状结构；
图4实施例4中合成石墨烯的电镜照片，表示所合成的碳材料具有层状结构；
图5实施例5中合成石墨烯的电镜照片，表示所合成的碳材料具有层状结构；
图6实施例6中合成石墨烯的电镜照片，表示所合成的碳材料具有层状结构；
图7实施例7中合成石墨烯的电镜照片，表示所合成的碳材料具有层状结构；
图8实施例8中合成石墨烯的电镜照片，表示所合成的碳材料具有层状结构；
图9实施例9中合成石墨烯的电镜照片，表示所合成的碳材料具有层状结构；
图10实施例10中合成石墨烯的电镜照片，表示所合成的碳材料具有层状结构；
图11实施例11中合成石墨烯的电镜照片，表示所合成的碳材料具有层状结构；
图12实施例12中合成石墨烯的电镜照片，表示所合成的碳材料具有层状结构；
图13实施例13中合成石墨烯的电镜照片，表示所合成的碳材料具有层状结构；
图14实施例14中合成石墨烯的电镜照片，表示所合成的碳材料具有层状结构。
具体实施方式
以下通过实例进一步说明本发明。
实施例1：
将购买的钠蒙脱土20克置于0.1mol/L的FeCl3溶液中搅拌过夜，目的是使铁离子将粘土层间的钠离子置换出来，得到层间吸附铁离子的粘土；然后离心弃去上清液，将得到的沉淀物再置于0.1mol/L的FeCl3溶液，如此循环3遍，最后将离心出来的沉淀物冷冻干燥，即得到负载Fe3+离子的蒙脱石催化剂。
将Fe3+-蒙脱石（黄色）0.5g置于一个坩埚中，苯溶液5ml置于另一个坩埚中，然后将这两个坩埚放入反应釜的反应器中（反应器的中下部已用一块钢板隔成两个部分，但上端不密封，气体可在这两部分自由扩散，目的是为了让受热挥发的苯蒸气能够被Fe3+-蒙脱石吸附），温度控制在250℃，反应时间为4小时。
反应后的产品用氰氟酸(质量百分比浓度40%)和硝酸（质量百分比浓度60%)的混合溶液（体积比1：1）超声（KQ-00KED型高功率数控超声清洗器）洗涤除去蒙脱石骨架，然后用去离子水将溶液洗至中性，冷冻干燥得到石墨烯黑色粉末。拉曼结果[请见图1-a]显示所合成的碳材料在1601cm-1和1338cm-1处有两个明显的峰，与石墨烯材料的特征拉曼峰相同，电镜结果也表明所合成的碳材料具有层状结构[请见图1-b]，能谱分析显示这个层状材料的碳含量在80%以上[请见图1-c]，此外典型的六圆环晶格衍射模式也表明所合成的材料是石墨烯[请见图1-d]。
实施例2：
将购买的钠蒙脱土30克置于0.1mol/L的FeCl3溶液中搅拌过夜，目的是使铁离子将粘土层间的钠离子置换出来，得到层间吸附铁离子的粘土；然后离心弃去上清液，将得到的沉淀物再置于0.1mol/L的FeCl3溶液，如此循环3遍，最后将离心出来的沉淀物冷冻干燥，即得到负载Fe3+离子的蒙脱石催化剂。
将Fe3+-蒙脱石（黄色）0.5g置于一个坩埚中，苯溶液5ml置于另一个坩埚中，然后将这两个坩埚放入反应釜的反应器中（反应器的中下部已用一块钢板隔成两个部分，但上端不密封，气体可在这两部分自由扩散，目的是为了让受热挥发的苯蒸气能够被Fe3+-蒙脱石吸附），温度控制在280℃，反应时间为4小时。反应后的产品用氰氟酸(质量百分比浓度40%)和硝酸（质量百分比浓度60%)的混合溶液（体积比1：1）超声（KQ-00KED型高功率数控超声清洗器）洗涤除去蒙脱石骨架，然后用去离子水将溶液洗至中性，冷冻干燥得到石墨烯黑色粉末。电镜结果表明所合成的碳材料具有层状结构[请见图2]，支持表明所合成的材料是石墨烯。
实施例3：
将购买的钠蒙脱土40克置于0.1mol/L的FeCl3溶液中搅拌过夜，目的是使铁离子将粘土层间的钠离子置换出来，得到层间吸附铁离子的粘土；然后离心弃去上清液，将得到的沉淀物再置于0.1mol/L的FeCl3溶液，如此循环3遍，最后将离心出来的沉淀物冷冻干燥，即得到负载Fe3+离子的蒙脱石催化剂。
将Fe3+-蒙脱石（黄色）0.5g置于一个坩埚中，苯溶液5ml置于另一个坩埚中，然后将这两个坩埚放入反应釜的反应器中（反应器的中下部已用一块钢板隔成两个部分，但上端不密封，气体可在这两部分自由扩散，目的是为了让受热挥发的苯蒸气能够被Fe3+-蒙脱石吸附），温度控制在250℃，反应时间为4小时。反应后的产品用氰氟酸(质量百分比浓度40%)和硝酸（质量百分比浓度60%)的混合溶液（体积比1：1）超声（KQ-00KED型高功率数控超声清洗器）洗涤除去蒙脱石骨架，然后用去离子水将溶液洗至中性，冷冻干燥得到石墨烯黑色粉末。电镜结果表明所合成的碳材料具有层状结构[请见图3]，支持所合成的材料是石墨烯。
实施例4：
将购买的钠蒙脱土20克置于0.15mol/L的FeCl3溶液中搅拌过夜，目的是使铁离子将粘土层间的钠离子置换出来，得到层间吸附铁离子的粘土；然后离心弃去上清液，将得到的沉淀物再置于0.15mol/L的FeCl3溶液，如此循环3遍，最后将离心出来的沉淀物冷冻干燥，即得到负载Fe3+离子的蒙脱石催化剂。
将Fe3+-蒙脱石（黄色）0.5g置于一个坩埚中，苯溶液5ml置于另一个坩埚中，然后将这两个坩埚放入反应釜的反应器中（反应器的中下部已用一块钢板隔成两个部分，但上端不密封，气体可在这两部分自由扩散，目的是为了让受热挥发的苯蒸气能够被Fe3+-蒙脱石吸附），温度控制在250℃，反应时间为4小时。反应后的产品用氰氟酸(质量百分比浓度40%)和硝酸（质量百分比浓度60%)的混合溶液（体积比1：1）超声（KQ-00KED型高功率数控超声清洗器）洗涤除去蒙脱石骨架，然后用去离子水将溶液洗至中性，冷冻干燥得到石墨烯黑色粉末。电镜结果表明所合成的碳材料具有层状结构[见图4]，支持所合成的材料是石墨烯。
实施例5：
将购买的钠蒙脱土20克置于0.2mol/L的FeCl3溶液中搅拌过夜，目的是使铁离子将粘土层间的钠离子置换出来，得到层间吸附铁离子的粘土；然后离心弃去上清液，将得到的沉淀物再置于0.2mol/L的FeCl3溶液，如此循环3遍，最后将离心出来的沉淀物冷冻干燥，即得到负载Fe3+离子的蒙脱石催化剂。
将Fe3+-蒙脱石（黄色）0.5g置于一个坩埚中，苯溶液5ml置于另一个坩埚中，然后将这两个坩埚放入反应釜的反应器中（反应器的中下部已用一块钢板隔成两个部分，但上端不密封，气体可在这两部分自由扩散，目的是为了让受热挥发的苯蒸气能够被Fe3+-蒙脱石吸附），温度控制在250℃，反应时间为4小时。反应后的产品用氰氟酸(质量百分比浓度40%)和硝酸（质量百分比浓度60%)的混合溶液（体积比1：1）超声（KQ-00KED型高功率数控超声清洗器）洗涤除去蒙脱石骨架，然后用去离子水将溶液洗至中性，冷冻干燥得到石墨烯黑色粉末。电镜结果表明所合成的碳材料具有层状结构[请见下图5]，支持所合成的材料是石墨烯。
实施例6：
将购买的钠蒙脱土20克置于0.1mol/L的FeCl3溶液中搅拌过夜，目的是使铁离子将粘土层间的钠离子置换出来，得到层间吸附铁离子的粘土；然后离心，弃去上清液，将得到的沉淀物再置于0.1mol/L的FeCl3溶液，如此循环4遍，最后将离心出来的沉淀物冷冻干燥，即得到负载Fe3+离子的蒙脱石催化剂。
将Fe3+-蒙脱石（黄色）0.5g置于一个坩埚中，苯溶液5ml置于另一个坩埚中，然后将这两个坩埚放入反应釜的反应器中（反应器的中下部已用一块钢板隔成两个部分，但上端不密封，气体可在这两部分自由扩散，目的是为了让受热挥发的苯蒸气能够被Fe3+-蒙脱石吸附），温度控制在260℃，反应时间为4小时。反应后的产品用氰氟酸(质量百分比浓度40%)和硝酸（质量百分比浓度60%)的混合溶液（体积比1：1）超声（KQ-00KED型高功率数控超声清洗器）洗涤除去蒙脱石骨架，然后用去离子水将溶液洗至中性，冷冻干燥得到石墨烯黑色粉末。电镜结果表明所合成的碳材料具有层状结构[请见下图6]，支持所合成的材料是石墨烯。
实施例7：
将购买的钠蒙脱土20克置于0.1mol/L的FeCl3溶液中搅拌过夜，目的是使铁离子将粘土层间的钠离子置换出来，得到层间吸附铁离子的粘土；然后离心，弃去上清液，将得到的沉淀物再置于0.1mol/L的FeCl3溶液，如此循环5遍，最后将离心出来的沉淀物冷冻干燥，即得到负载Fe3+离子的蒙脱石催化剂。
将Fe3+-蒙脱石（黄色）0.5g置于一个坩埚中，苯溶液5ml置于另一个坩埚中，然后将这两个坩埚放入反应釜的反应器中（反应器的中下部已用一块钢板隔成两个部分，但上端不密封，气体可在这两部分自由扩散，目的是为了让受热挥发的苯蒸气能够被Fe3+-蒙脱石吸附），温度控制在250℃，反应时间为4小时反应后的产品用氰氟酸(质量百分比浓度40%)和硝酸（质量百分比浓度60%)的混合溶液（体积比1：1）超声（KQ-00KED型高功率数控超声清洗器）洗涤除去蒙脱石骨架，然后用去离子水将溶液洗至中性，冷冻干燥得到石墨烯黑色粉末。电镜结果表明所合成的碳材料具有层状结构[请见下图7]，支持所合成的材料是石墨烯。
实施例8：
将购买的钠蒙脱土20克置于0.1mol/L的FeCl3溶液中搅拌过夜，目的是使铁离子将粘土层间的钠离子置换出来，得到层间吸附铁离子的粘土；然后离心，弃去上清液，将得到的沉淀物再置于0.1mol/L的FeCl3溶液，如此循环3遍，最后将离心出来的沉淀物冷冻干燥，即得到负载Fe3+离子的蒙脱石催化剂。
将Fe3+-蒙脱石（黄色）0.3g置于一个坩埚中，苯溶液5ml置于另一个坩埚中，然后将这两个坩埚放入反应釜的反应器中（反应器的中下部已用一块钢板隔成两个部分，但上端不密封，气体可在这两部分自由扩散，目的是为了让受热挥发的苯蒸气能够被Fe3+-蒙脱石吸附]，温度控制在270℃，反应时间为4.5小时。反应后的产品用氰氟酸(质量百分比浓度40%)和硝酸（质量百分比浓度60%)的混合溶液（体积比1：1）超声（KQ-00KED型高功率数控超声清洗器）洗涤除去蒙脱石骨架，然后用去离子水将溶液洗至中性，冷冻干燥得到石墨烯黑色粉末。电镜结果表明所合成的碳材料具有层状结构[请见下图8]，支持所合成的材料是石墨烯。
实施例9：
将购买的钠蒙脱土20克置于0.1mol/L的FeCl3溶液中搅拌过夜，目的是使铁离子将粘土层间的钠离子置换出来，得到层间吸附铁离子的粘土；然后离心，弃去上清液，将得到的沉淀物再置于0.1mol/L的FeCl3溶液，如此循环3遍，最后将离心出来的沉淀物冷冻干燥，即得到负载Fe3+离子的蒙脱石催化剂。
将Fe3+-蒙脱石（黄色）0.1g置于一个坩埚中，苯溶液5ml置于另一个坩埚中，然后将这两个坩埚放入反应釜的反应器中（反应器的中下部已用一块钢板隔成两个部分，但上端不密封，气体可在这两部分自由扩散，目的是为了让受热挥发的苯蒸气能够被Fe3+-蒙脱石吸附），温度控制在250℃，反应时间为4小时。反应后的产品用氰氟酸(质量百分比浓度40%)和硝酸（质量百分比浓度60%)的混合溶液（体积比1：1）超声（KQ-00KED型高功率数控超声清洗器）洗涤除去蒙脱石骨架，然后用去离子水将溶液洗至中性，冷冻干燥得到石墨烯黑色粉末。电镜结果表明所合成的碳材料具有层状结构[请见下图9]，支持所合成的材料是石墨烯。
实施例10：
将购买的钠蒙脱土20克置于0.1mol/L的FeCl3溶液中搅拌过夜，目的是使铁离子将粘土层间的钠离子置换出来，得到层间吸附铁离子的粘土；然后离心，弃去上清液，将得到的沉淀物再置于0.1mol/L的FeCl3溶液，如此循环3遍，最后将离心出来的沉淀物冷冻干燥，即得到负载Fe3+离子的蒙脱石催化剂。
将Fe3+-蒙脱石（黄色）0.5g置于一个坩埚中，苯溶液7ml置于另一个坩埚中，然后将这两个坩埚放入反应釜的反应器中（反应器的中下部已用一块钢板隔成两个部分，但上端不密封，气体可在这两部分自由扩散，目的是为了让受热挥发的苯蒸气能够被Fe3+-蒙脱石吸附]，温度控制在250℃，反应时间为4.5小时。反应后的产品用氰氟酸(质量百分比浓度40%)和硝酸（质量百分比浓度60%)的混合溶液（体积比1：1）超声（KQ-00KED型高功率数控超声清洗器）洗涤除去蒙脱石骨架，然后用去离子水将溶液洗至中性，冷冻干燥得到石墨烯黑色粉末。电镜结果表明所合成的碳材料具有层状结构[请见下图10]，支持所合成的材料是石墨烯。
实施例11：
将购买的钠蒙脱土20克置于0.1mol/L的FeCl3溶液中搅拌过夜，目的是使铁离子将粘土层间的钠离子置换出来，得到层间吸附铁离子的粘土；然后离心，弃去上清液，将得到的沉淀物再置于0.1mol/L的FeCl3溶液，如此循环3遍，最后将离心出来的沉淀物冷冻干燥，即得到负载Fe3+离子的蒙脱石催化剂。
将Fe3+-蒙脱石（黄色）0.5g置于一个坩埚中，苯溶液9ml置于另一个坩埚中，然后将这两个坩埚放入反应釜的反应器中（反应器的中下部已用一块钢板隔成两个部分，但上端不密封，气体可在这两部分自由扩散，目的是为了让受热挥发的苯蒸气能够被Fe3+-蒙脱石吸附]，温度控制在300℃，反应时间为4小时。反应后的产品用氰氟酸(质量百分比浓度40%)和硝酸（质量百分比浓度60%)的混合溶液（体积比1：1）超声（KQ-00KED型高功率数控超声清洗器）洗涤除去蒙脱石骨架，然后用去离子水将溶液洗至中性，冷冻干燥得到石墨烯黑色粉末。电镜结果表明所合成的碳材料具有层状结构[请见下图11]，支持所合成的材料是石墨烯。
实施例12：
将购买的钠蒙脱土20克置于0.1mol/L的FeCl3溶液中搅拌过夜，目的是使铁离子将粘土层间的钠离子置换出来，得到层间吸附铁离子的粘土；然后离心，弃去上清液，将得到的沉淀物再置于0.1mol/L的FeCl3溶液，如此循环3遍，最后将离心出来的沉淀物冷冻干燥，即得到负载Fe3+离子的蒙脱石催化剂。
将Fe3+-蒙脱石（黄色）0.5g置于一个坩埚中，苯溶液5ml置于另一个坩埚中，然后将这两个坩埚放入反应釜的反应器中（反应器的中下部已用一块钢板隔成两个部分，但上端不密封，气体可在这两部分自由扩散，目的是为了让受热挥发的苯蒸气能够被Fe3+-蒙脱石吸附），温度控制在150℃，反应时间为4小时。反应后的产品用氰氟酸(质量百分比浓度40%)和硝酸（质量百分比浓度60%)的混合溶液（体积比1：1）超声（KQ-00KED型高功率数控超声清洗器）洗涤除去蒙脱石骨架，然后用去离子水将溶液洗至中性，冷冻干燥得到石墨烯黑色粉末。电镜结果[请见下图12]表明所合成的碳材料还没有形成很好的片状结构,是纳米级的碳片层材料。
实施例13：
将购买的钠蒙脱土20克置于0.1mol/L的FeCl3溶液中搅拌过夜，目的是使铁离子将粘土层间的钠离子置换出来，得到层间吸附铁离子的粘土；然后离心，弃去上清液，将得到的沉淀物再置于0.1mol/L的FeCl3溶液，如此循环3遍，最后将离心出来的沉淀物冷冻干燥，即得到负载Fe3+离子的蒙脱石催化剂。
将Fe3+-蒙脱石（黄色）0.5g置于一个坩埚中，苯溶液5ml置于另一个坩埚中，然后将这两个坩埚放入反应釜的反应器中（反应器的中下部已用一块钢板隔成两个部分，但上端不密封，气体可在这两部分自由扩散，目的是为了让受热挥发的苯蒸气能够被Fe3+-蒙脱石吸附]，温度控制在350℃，反应时间为4小时。反应后的产品用氰氟酸(质量百分比浓度40%)和硝酸（质量百分比浓度60%)的混合溶液（体积比1：1）超声（KQ-00KED型高功率数控超声清洗器）洗涤除去蒙脱石骨架，然后用去离子水将溶液洗至中性，冷冻干燥得到石墨烯黑色粉末。电镜结果表明所合成的碳材料具有层状结构[请见下图13]，支持所合成的材料是石墨烯。
实施例14：
将购买的钠蒙脱土20克置于0.1mol/L的FeCl3溶液中搅拌过夜，目的是使铁离子将粘土层间的钠离子置换出来，得到层间吸附铁离子的粘土；然后离心，弃去上清液，将得到的沉淀物再置于0.1mol/L的FeCl3溶液，如此循环3遍，最后将离心出来的沉淀物冷冻干燥，即得到负载Fe3+离子的蒙脱石催化剂。
将Fe3+-蒙脱石（黄色）0.5g置于一个坩埚中，苯溶液5ml置于另一个坩埚中，然后将这两个坩埚放入反应釜的反应器中（反应器的中下部已用一块钢板隔成两个部分，但上端不密封，气体可在这两部分自由扩散，目的是为了让受热挥发的苯蒸气能够被Fe3+-蒙脱石吸附)，温度控制在250℃，反应时间为5小时。反应后的产品用氰氟酸(质量百分比浓度40%)和硝酸（质量百分比浓度60%)的混合溶液（体积比1：1）超声（KQ-00KED型高功率数控超声清洗器）洗涤除去蒙脱石骨架，然后用去离子水将溶液洗至中性，冷冻干燥得到石墨烯黑色粉末。电镜结果表明所合成的碳材料具有层状结构[请见下图14]，支持所合成的材料是石墨烯。
Claims (6)
1.一种合成石墨烯的制备方法，其步骤为：
（1）合成负载Fe3+离子的蒙脱石催化剂；
（2）将负载Fe3+离子的蒙脱石催化剂和苯分别置于两个坩埚里，然后将它们放入高压反应釜中，温度控制在150-350℃，反应时间为4-5个小时；
（3）步骤2反应后的产品用氰氟酸和硝酸的混合溶液超声条件下洗涤除去蒙脱石骨架，然后冷冻干燥得到石墨烯黑色粉末。
2.根据权利要求1所述的合成石墨烯的制备方法，其特征在于，所述步骤1合成负载Fe3+离子的蒙脱石催化剂，其步骤为：将钠蒙脱土置于0.1-0.2mol/L的FeCl3溶液中搅拌过夜，得到层间吸附铁离子的粘土；然后离心，弃去上清液，将得到的沉淀物再置于0.1-0.2mol/L的FeCl3溶液，如此循环3-5遍，最后将离心出来的沉淀物冷冻干燥，即得到负载Fe3+离子的蒙脱石催化剂。
3.根据权利要求1所述的合成石墨烯的制备方法，其特征在于，所述步骤2中负载Fe3+离子的蒙脱石催化剂和苯，按照负载Fe3+离子的蒙脱石催化剂g：苯ml=0.1-0.5：5-9比例，分别将负载Fe3+离子的蒙脱石催化剂和苯置于两个坩埚里。
4.根据权利要求1所述的合成石墨烯的制备方法，其特征在于，所述步骤3中氰氟酸和硝酸的混合溶液为体积比为1：1的质量百分比浓度40%氰氟酸和质量百分比浓度60%硝酸组成的。
5.根据权利要求3所述的合成石墨烯的制备方法，其特征在于，所述步骤2中温度控制在250℃,反应时间为4小时。
6.根据权利要求5所述的合成石墨烯的制备方法，其特征在于，所述步骤2中负载Fe3+离子的蒙脱石催化剂g：苯ml为0.1：1。
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