CN103833018A

CN103833018A - 石墨烯及其制备方法

Info

Publication number: CN103833018A
Application number: CN201210484411.3A
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：制备氧化石墨烯悬浮液；制备KOH与氧化石墨烯的混合溶液；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

英国曼彻斯特大学的安德烈·K·海姆(Andre K.Geim)等在2004年制备出石墨烯材料，由于其独特的结构和光电性质受到了人们广泛的重视。单层石墨由于其大的比表面积，优良的导电、导热性能和低的热膨胀系数而被认为是理想的材料。如：1，高强度，杨氏摩尔量，(1,100GPa)，断裂强度：(125GPa)；2，高热导率，(5,000W/mK)；3，高导电性、载流子传输率，(200,000cm2/V*s)；4，高的比表面积，(理论计算值：2,630m2/g)。尤其是其高导电性质，大的比表面性质和其单分子层二维的纳米尺度的结构性质，可在超级电容器和锂离子电池中用作电极材料。

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：

将氧化石墨加入到水中超声分散处理，得到浓度为1~20mg/ml的氧化石墨烯悬浮液；

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

将上述得到混合溶液过滤，并将滤物进行干微波加热活化处理，冷却后，经酸洗、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，所述超声分散处理时间为1~2h。

优选，所述石墨烯的制备方法，其中，所述KOH与氧化石墨烯的混合溶液中，KOH与氧化石墨烯的质量比为1~10:1。

优选，所述石墨烯的制备方法，其中，所述KOH与氧化石墨烯悬浮液搅拌时，搅拌时间为10~60分钟。

优选，所述石墨烯的制备方法，其中，所述微波加热活化处理时，微波功率为200~800W，加热时间为1~15分钟。

优选，所述石墨烯的制备方法，其中，对微波加热活化处理得到的产物进行酸洗时，采用体积分数为5~10%的稀盐酸溶液。

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，该方法采用微波加热活化，可以制备出高比表面积石墨烯，比表面积达到1200~2400m²/g；另外，无需在高温下进行，可以降低能耗，且反应时间较短几分钟就能够完成整个活化反应，缩短了反应时间，提高了生产效率，降低了生产成本。

附图说明

图1为本发明石墨烯的制备工艺流程图。

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、将氧化石墨加入到水中超声分散1~2h，得到浓度为1~20mg/ml的氧化石墨烯悬浮液；

S2、将浓度为1~500g/L的KOH溶液加入到所述氧化石墨烯悬浮液中，搅拌10~60分钟，得到KOH与氧化石墨烯的混合溶液；其中，所述KOH与氧化石墨烯的混合溶液中，KOH与氧化石墨烯的质量比为1~10:1；

S3、将步骤S2得到的混合溶液过滤，滤物置于带盖的瓷坩埚中，然后将瓷坩埚置于微波炉里，在200~800W的微波功率下，对滤物进行微波加热活化处理1~15分钟，冷却后，经体积分数为5~10%的稀盐酸溶液进行酸洗，接着经水洗、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)将氧化石墨加入水中形成悬浮液，超声分散1h，形成浓度为1mg/ml氧化石墨烯悬浮液，

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

(3)将上述步骤(2)得到的混合溶液进行过滤，滤物置于带盖的瓷坩埚中，然后将瓷坩埚置于微波炉里，在200W的微波功率下，对滤物进行微波加热活化处理15分钟，冷却后，经体积分数为5%的稀盐酸溶液进行酸洗，接着经水洗、过滤、干燥，得到高比表面积的石墨烯。

实施例2

(1)将氧化石墨加入水中形成悬浮液，超声分散2h，形成浓度为20mg/ml氧化石墨烯悬浮液，

(2)配制浓度为500g/L的KOH溶液，将KOH溶液加入到上述氧化石墨烯悬浮液中，搅拌60分钟，得到KOH与氧化石墨烯的混合溶液，其中；KOH与氧化石墨烯的质量比为10:1；

(3)将上述步骤(2)得到的混合溶液进行过滤，滤物置于带盖的瓷坩埚中，然后将瓷坩埚置于微波炉里，在800W的微波功率下，对滤物进行微波加热活化处理1分钟，冷却后，经体积分数为10%的稀盐酸溶液进行酸洗，接着经水洗、过滤、干燥，得到高比表面积的石墨烯。

实施例3

(1)将氧化石墨加入水中形成悬浮液，超声分散1.5h，形成浓度为10mg/ml氧化石墨烯悬浮液，

(2)配制浓度为50g/L的KOH溶液，将KOH溶液加入到上述氧化石墨烯悬浮液中，搅拌20分钟，得到KOH与氧化石墨烯的混合溶液，其中；KOH与氧化石墨烯的质量比为2:1；

(3)将上述步骤(2)得到的混合溶液进行过滤，滤物置于带盖的瓷坩埚中，然后将瓷坩埚置于微波炉里，在300W的微波功率下，对滤物进行微波加热活化处理13分钟，冷却后，经体积分数为6%的稀盐酸溶液进行酸洗，接着经水洗、过滤、干燥，得到高比表面积的石墨烯。

实施例4

(1)将氧化石墨加入水中形成悬浮液，超声分散1.7h，形成浓度为15mg/ml氧化石墨烯悬浮液，

(2)配制浓度为100g/L的KOH溶液，将KOH溶液加入到上述氧化石墨烯悬浮液中，搅拌30分钟，得到KOH与氧化石墨烯的混合溶液，其中；KOH与氧化石墨烯的质量比为3:1；

(3)将上述步骤(2)得到的混合溶液进行过滤，滤物置于带盖的瓷坩埚中，然后将瓷坩埚置于微波炉里，在400W的微波功率下，对滤物进行微波加热活化处理10分钟，冷却后，经体积分数为7%的稀盐酸溶液进行酸洗，接着经水洗、过滤、干燥，得到高比表面积的石墨烯。

实施例5

(1)将氧化石墨加入水中形成悬浮液，超声分散1.2h，形成浓度为5mg/ml氧化石墨烯悬浮液，

(2)配制浓度为200g/L的KOH溶液，将KOH溶液加入到上述氧化石墨烯悬浮液中，搅拌40分钟，得到KOH与氧化石墨烯的混合溶液，其中；KOH与氧化石墨烯的质量比为5:1；

(3)将上述步骤(2)得到的混合溶液进行过滤，滤物置于带盖的瓷坩埚中，然后将瓷坩埚置于微波炉里，在500W的微波功率下，对滤物进行微波加热活化处理8分钟，冷却后，经体积分数为8%的稀盐酸溶液进行酸洗，接着经水洗、过滤、干燥，得到高比表面积的石墨烯。

实施例6

(1)将氧化石墨加入水中形成悬浮液，超声分散1.4h，形成浓度为8mg/ml氧化石墨烯悬浮液，

(2)配制浓度为300g/L的KOH溶液，将KOH溶液加入到上述氧化石墨烯悬浮液中，搅拌50分钟，得到KOH与氧化石墨烯的混合溶液，其中；KOH与氧化石墨烯的质量比为7:1；

(3)将上述步骤(2)得到的混合溶液进行过滤，滤物置于带盖的瓷坩埚中，然后将瓷坩埚置于微波炉里，在600W的微波功率下，对滤物进行微波加热活化处理6分钟，冷却后，经体积分数为9%的稀盐酸溶液进行酸洗，接着经水洗、过滤、干燥，得到高比表面积的石墨烯。

实施例7

(1)将氧化石墨加入水中形成悬浮液，超声分散1.6h，形成浓度为13mg/ml氧化石墨烯悬浮液，

(2)配制浓度为400g/L的KOH溶液，将KOH溶液加入到上述氧化石墨烯悬浮液中，搅拌35分钟，得到KOH与氧化石墨烯的混合溶液，其中；KOH与氧化石墨烯的质量比为8:1；

(3)将上述步骤(2)得到的混合溶液进行过滤，滤物置于带盖的瓷坩埚中，然后将瓷坩埚置于微波炉里，在700W的微波功率下，对滤物进行微波加热活化处理5分钟，冷却后，经体积分数为10%的稀盐酸溶液进行酸洗，接着经水洗、过滤、干燥，得到高比表面积的石墨烯。

实施例8

(1)将氧化石墨加入水中形成悬浮液，超声分散1.8h，形成浓度为17mg/ml氧化石墨烯悬浮液，

(2)配制浓度为350g/L的KOH溶液，将KOH溶液加入到上述氧化石墨烯悬浮液中，搅拌45分钟，得到KOH与氧化石墨烯的混合溶液，其中；KOH与氧化石墨烯的质量比为6:1；

(3)将上述步骤(2)得到的混合溶液进行过滤，滤物置于带盖的瓷坩埚中，然后将瓷坩埚置于微波炉里，在750W的微波功率下，对滤物进行微波加热活化处理3分钟，冷却后，经体积分数为8%的稀盐酸溶液进行酸洗，接着经水洗、过滤、干燥，得到高比表面积的石墨烯。

对实施例1~8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

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：

将上述得到混合溶液过滤，并将滤物进行微波加热活化处理，冷却后，经酸洗、水洗、过滤、干燥，得到所述石墨烯。

2.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述超声分散处理时间为1~2h。

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KOH与氧化石墨烯的混合溶液中，KOH与氧化石墨烯的质量比为1~10:1。

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与氧化石墨烯悬浮液搅拌时，搅拌时间为10~60分钟。

5.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述微波加热活化处理时，微波功率为200~800W，加热时间为1~15分钟。

6.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，对微波加热活化处理得到的产物进行酸洗时，采用体积分数为5~10%的稀盐酸溶液。

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。