CN103833016A

CN103833016A - 石墨烯及其制备方法

Info

Publication number: CN103833016A
Application number: CN201210483609.XA
Authority: CN
Inventors: 周明杰; 钟玲珑; 王要兵; 刘大喜
Original assignee: Oceans King Lighting Science and Technology Co Ltd; Shenzhen Oceans King Lighting Engineering Co Ltd
Current assignee: Oceans King Lighting Science and Technology Co Ltd; Shenzhen Oceans King Lighting Science and Technology Co Ltd; Shenzhen Oceans King Lighting Engineering Co Ltd
Priority date: 2012-11-23
Filing date: 2012-11-23
Publication date: 2014-06-04

Abstract

本发明属于电化学领域，其公开了一种石墨烯及其制备方法；该石墨烯的制备方法包括步骤：制备石墨烯悬浮液；制备KOH与石墨烯的混合溶液；制备石墨烯。本发明的石墨烯制备方法，能够得到高比表面积的石墨烯，且该制备方法简化了操作步骤，大大降低了生产成本。

Description

石墨烯及其制备方法

技术领域

本发明涉及石墨烯领域，尤其涉及一种石墨烯及其制备方法。

背景技术

石墨烯是一种二维单分子层材料，全部由碳原子组成，是目前发现最薄的材料，这使得石墨烯具有优异的性质，如高比表面积，高电导率，高机械强度以及优异的韧性等，在很多领域都有应用的潜能，因此受到研究者的广泛关注。石墨烯的理论比表面积可以达到2630m2/g，但实际上所制备的石墨烯的比表面积远远低于这一数值，仅有600m2/g左右，这大大制约了石墨烯的应用。通过各种方法所制备的石墨烯的比表面积主要取决于石墨烯的层数和石墨烯的团聚，石墨烯的层数越小，比表面积越高；石墨烯的团聚程度越低，比表面积越高。目前，层数为一的石墨烯可以通过一些制备方法来实现，但石墨烯团聚这个问题一直没有好的方法给予解决，这大大限制了石墨烯向前发展和广泛应用。

到目前为止，所知道的制备石墨烯的方法有多种，如：(1)微机械剥离法。这种方法只能产生数量极为有限石墨烯片，可作为基础研究；(2)超高真空石墨烯外延生长法。这种方法的高成本以及小圆片的结构限制了其应用；(3)化学气相沉积法(CVD)。此方法可以满足规模化制备高质量石墨烯的要求，但成本较高，工艺复杂。(4)溶剂剥离法。此方法缺点是产率很低,限制它的商业应用；(5)氧化-还原法。此方法是最简单可大量获得石墨烯的一种普遍方法，比较常用的还原方法是化学还原(水合肼、乙二胺、硼氢化钠等做还原剂)和快速热还原，但是各种方法还原后，石墨烯都会存在一个团聚的过程，造成石墨烯的比表面积偏小，一般小于900m²/g。

发明内容

基于上述问题，本发明所要解决的问题在于提供一种比表面积较高的石墨烯的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种石墨烯的制备方法，包括如下步骤：

将可膨胀石墨加入到水中超声分散处理，得到浓度为1~20mg/ml的石墨烯悬浮液；

将1~500g/L的KOH溶液加入到所述石墨烯悬浮液中，搅拌，得到KOH与石墨烯的混合溶液；

将上述得到混合溶液过滤，并将滤物进行干燥处理，再将干燥后的滤物放入马弗炉中并于惰性氛围下进行高温煅烧，冷却后、水洗、过滤、干燥，得到所述石墨烯。

优选，所述石墨烯的制备方法，其中，所述可膨胀石墨的目数为100~500目。

优选，所述石墨烯的制备方法，其中，所述超声分散处理时间为1~5h。

优选，所述石墨烯的制备方法，其中，所述KOH与石墨烯的混合溶液中，KOH与石墨烯的质量比为1~30:1。

优选，所述石墨烯的制备方法，其中，所述干燥处理过程中，干燥处理温度为60~80℃，干燥处理时间为24~48h。

优选，所述石墨烯的制备方法，其中，所述高温煅烧时，温度为800~1200℃，煅烧时间为1~5h。

本发明还提供一种石墨烯，该石墨烯采用上述制备方法制得。

本发明提供的石墨烯的制备方法，该方法采用可膨胀石墨作为原料替代氧化石墨进行活化同样可以制备出高比表面积石墨烯，比表面积达到1600~3000m²/g，比常规热还原石墨烯的比表面积大大提高。

附图说明

图1为本发明石墨烯的制备工艺流程图；

图2为实施例1制得石墨烯的SEM图。

具体实施方式

本发明提供的石墨烯的制备方法，如图1所示，其工艺流程步骤如下：

S1、将可膨胀石墨，优选100~500目的膨胀石墨加入到水中超声分散1~5h，得到浓度为1~20mg/ml的石墨烯悬浮液；

S2、将浓度为1~500g/L的KOH溶液加入到所述石墨烯悬浮液中，搅拌，得到KOH与石墨烯的混合溶液；其中，所述KOH与石墨烯的混合溶液中，KOH与石墨烯的质量比为1~30:1；

S3、将步骤S2得到的混合溶液过滤，滤物置于60~80℃干燥处理24~48h，再将干燥后的滤物放入马弗炉中，并于惰性氛围(包括氮气、氩气或者氮气和氩气混合气体氛围)下、于800~1200℃中高温煅烧1~5h，冷却后、水洗、过滤、干燥得到石墨烯。

下面结合附图，对本发明的较佳实施例作进一步详细说明。

实施例1

(1)将1g、100目的可膨胀石墨加入水中形成悬浮液，超声分散1h，形成浓度为1mg/ml石墨烯悬浮液，

(2)配制1g/L的KOH溶液，将KOH溶液加入到上述石墨烯悬浮液中，搅拌1h，得到KOH与石墨烯的混合溶液，其中；KOH与石墨烯的质量比为1:1；

(3)将上述步骤(2)得到的混合溶液进行过滤，滤物于60℃干燥48h，再将干燥后的滤物放入马弗炉中，800℃反应5h，冷却后、水洗、过滤、干燥得到高比表面积的石墨烯。

图2为实施例1制得石墨烯的SEM图；由图2可知，可膨胀石墨已经完全剥离，形成了石墨烯，同时由于石墨烯的卷曲，造成片层与片层之间形成大量的孔洞提高了比表面积。

实施例2

(1)将1g、500目的可膨胀石墨加入水中形成悬浮液，超声分散5h，形成浓度为20mg/ml石墨烯悬浮液，

(2)配制浓度为500g/L的KOH溶液，将KOH溶液加入到上述石墨烯悬浮液中，搅拌5h，得到KOH与石墨烯的混合溶液，其中；KOH与石墨烯的质量比为30:1；

(3)将上述步骤(2)得到的混合溶液进行过滤，滤物于80℃干燥24h，再将干燥后的滤物放入马弗炉中，1200℃反应1h，冷却后、水洗、过滤、干燥得到高比表面积的石墨烯。

实施例3

(1)将1g、200目的可膨胀石墨加入水中形成悬浮液，超声分散2h，形成浓度为10mg/ml石墨烯悬浮液，

(2)配制浓度为100g/L的KOH溶液，将KOH溶液加入到上述石墨烯悬浮液中，搅拌2h，得到KOH与石墨烯的混合溶液，其中；KOH与石墨烯的质量比为10:1；

(3)将上述步骤(2)得到的混合溶液进行过滤，滤物于70℃干燥36h，再将干燥后的滤物放入马弗炉中，900℃反应4h，冷却后、水洗、过滤、干燥得到高比表面积的石墨烯。

实施例4

(1)将1g、300目的可膨胀石墨加入水中形成悬浮液，超声分散3h，形成浓度为5mg/ml石墨烯悬浮液，

(2)配制浓度为300g/L的KOH溶液，将KOH溶液加入到上述石墨烯悬浮液中，搅拌3h，得到KOH与石墨烯的混合溶液，其中；KOH与石墨烯的质量比为20:1；

(3)将上述步骤(2)得到的混合溶液进行过滤，滤物于75℃干燥36h，再将干燥后的滤物放入马弗炉中，1000℃反应3h，冷却后、水洗、过滤、干燥得到高比表面积的石墨烯。

实施例5

(1)将1g、400目的可膨胀石墨加入水中形成悬浮液，超声分散4h，形成浓度为7mg/ml石墨烯悬浮液，

(2)配制浓度为400g/L的KOH溶液，将KOH溶液加入到上述石墨烯悬浮液中，搅拌4h，得到KOH与石墨烯的混合溶液，其中；KOH与石墨烯的质量比为5:1；

(3)将上述步骤(2)得到的混合溶液进行过滤，滤物于68℃干燥42h，再将干燥后的滤物放入马弗炉中，1100℃反应1.5h，冷却后、水洗、过滤、干燥得到高比表面积的石墨烯。

实施例6

(1)将1g、250目的可膨胀石墨加入水中形成悬浮液，超声分散3.5h，形成浓度为13mg/ml石墨烯悬浮液，

(2)配制浓度为200g/L的KOH溶液，将KOH溶液加入到上述石墨烯悬浮液中，搅拌3h，得到KOH与石墨烯的混合溶液，其中；KOH与石墨烯的质量比为7:1；

(3)将上述步骤(2)得到的混合溶液进行过滤，滤物于77℃干燥28h，再将干燥后的滤物放入马弗炉中，950℃反应3.5h，冷却后、水洗、过滤、干燥得到高比表面积的石墨烯。

实施例7

(1)将1g、350目的可膨胀石墨加入水中形成悬浮液，超声分散2.5h，形成浓度为8mg/ml石墨烯悬浮液，

(2)配制浓度为350g/L的KOH溶液，将KOH溶液加入到上述石墨烯悬浮液中，搅拌3.5h，得到KOH与石墨烯的混合溶液，其中；KOH与石墨烯的质量比为15:1；

(3)将上述步骤(2)得到的混合溶液进行过滤，滤物于69℃干燥33h，再将干燥后的滤物放入马弗炉中，1050℃反应2h，冷却后、水洗、过滤、干燥得到高比表面积的石墨烯。

对实施例1~7制备的石墨烯通过BET测试得到的比表面积如表1所示：

表1

实施例	1	2	3	4	5	6	7
								氮掺杂石墨烯的比表面积m²/g	1638	3059	1838	2228	2473	2173	2836

常规热还原方法制备的石墨烯比表面积为~900m²/g，由表1可知，本发明得到石墨烯比表面积大大超过了常规方法。

应当理解的是，上述针对本发明较佳实施例的表述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本发明的专利保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种石墨烯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将浓度为1~500g/L的KOH溶液加入到所述石墨烯悬浮液中，搅拌，得到KOH与石墨烯的混合溶液；

2.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述可膨胀石墨的目数为100~500目。

3.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述超声分散处理时间为1~5h。

4.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述KOH与石墨烯的混合溶液中，KOH与石墨烯的质量比为1~30:1。

5.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述干燥处理过程中，干燥处理温度为60~80℃，干燥处理时间为24~48h。

6.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述高温煅烧时，温度为800~1200℃，煅烧时间为1~5h。

7.一种石墨烯，其特征在于，该石墨烯采用权利要求1~6任一所述的制备方法制得。