CN103896257A - 一种石墨烯的制备方法 - Google Patents

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周明杰
吴凤
王要兵
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Abstract

本发明属于石墨烯领域，其公开了一种石墨烯的制备方法，包括步骤：将氧化石墨加入到溶剂中，超声处理后，配置成浓度为0.25-1mg/ml的氧化石墨烯悬浮液；向所述氧化石墨烯悬浮液中加入碱溶液调节PH值到10-11，随后加入还原试剂，再次进行超声处理，得到前驱体溶液；将前驱体溶液置于反应器中密封后，先在60-100℃条件下进行预热处理，随后在240℃-400℃和5-25MPa压力下进行热处理10-60min，随后去除压力，得到石墨烯。本发明提供的石墨烯的制备方法，其通过临界流体瞬间释放的压力，破坏石墨烯层与层之间的范德华力，使得石墨烯还原之后不容易团聚，还原后仍旧可以在多种溶剂中分散。

Description

一种石墨烯的制备方法
技术领域
本发明涉及石墨烯领域，尤其涉及一种石墨烯的制备方法。
背景技术
自从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，制备石墨烯的方法有许多种，其中氧化-还原法是一种能够大量制备石墨烯且产率较高的一种方法，整个过程涉及到将石墨氧化成氧化石墨，氧化石墨剥落产生的氧化石墨烯，再通过化学或热还原为石墨烯。
化学还原是一种较为简单的还原石墨烯的方法，有利于石墨烯与其他物质的复合，但是还原之后的石墨烯很容易团聚，且很难重新分散在有机溶剂中。
发明内容
本发明所要解决的问题在于提供一种石墨烯分散均匀的制备方法。
本发提供的一种石墨烯的制备方法，其还原之后不容易团聚，其比较松散，还原后仍旧可以在多种溶剂中分散。将氧化石墨，加入到溶剂中，超声分散，然后加入适量的还原试剂，超声分散一段时间，然后将此混合物放入高温高压反应釜中，加热加压到溶剂的临界温度，反应一定时间后，卸掉压力，得到石墨烯粗产品，然后通过乙醇反复冲洗，过滤，干燥得到石墨烯。
具体技术方案如下：
一种石墨烯的制备方法，包括如下步骤：
将氧化石墨加入到溶剂中，超声处理后，配置成浓度为0.25-1mg/ml的氧化石墨烯悬浮液；
向所述氧化石墨烯悬浮液中加入碱溶液调节PH值到10-11，随后加入还原试剂，再次进行超声处理，得到前驱体溶液；
将前驱体溶液置于反应器中密封后，先在60-100℃条件下进行预热处理，随后在240℃-400℃和5-25MPa压力下进行热处理10-60min，随后去除压力，得到石墨烯。
所述石墨烯的制备方法，优选，所述溶剂为水、异丙醇、甲醇或N,N-二甲基甲酰胺（DMF）。
所述石墨烯的制备方法，优选，所述碱溶液为NaOH溶液、KOH溶液或氨水溶液，所述碱溶液的浓度为1mol/L。
所述石墨烯的制备方法，优选，所述还原剂为水合肼或乙二胺；所述还原剂与氧化石墨烯（GO）的质量比为1:10-7:10。
所述石墨烯的制备方法，优选，所述反应器为高温高压反应釜。
所述石墨烯的制备方法，优选，所述热处理后，还对制得的石墨烯进行纯化干燥处理：将热处理后得到的产物用乙醇反复冲洗、过滤，随后于60℃下真空干燥，得到纯化的石墨烯。
所述石墨烯的制备方法，优选，所述氧化石墨烯悬浮液制备过程中，超声处理时间为30min-1h。
所述石墨烯的制备方法，优选，所述氧化石墨烯悬浮液中加入还原剂后，超声处理时间为5-30min。
本发明提供的石墨烯的制备方法，具有优点：通过临界流体瞬间释放的压力，破坏石墨烯层与层之间的范德华力，使得石墨烯还原之后不容易团聚，还原后仍旧可以在多种溶剂中分散；所合成的石墨烯，缺陷少，电导率高。
附图说明
图1为实施例1制得的石墨烯的SEM图。
具体实施方式
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
本发明一种石墨烯制备方法如下：
（1）氧化石墨烯悬浮液：将氧化石墨加入到水中，配置成浓度为1mg/ml的氧化石墨溶液超声1h，得到均匀分散的氧化石墨烯悬浮液。向氧化石墨烯悬浮液中，加入1mol/L的NaOH溶液调节PH值到10，加入水合肼试剂（其中质量比RN2H4/GO=7：10），超声分散30min。
（2）石墨烯：将所得到的悬浮液放入高温高压反应釜中，将其密封好，然后加热到100℃，反应30min，然后将其加热到400℃，压力在25MPa下，保持60min，卸掉反应釜内的压力，得到石墨烯初产品，将此用乙醇反复冲洗，过滤，60℃真空干燥，得到石墨烯。
图1为实施例1制得的石墨烯的SEM图；由图1可知，石墨烯有一定的褶皱，并无出现团聚。
实施例2
本发明一种石墨烯制备方法如下：
（1）氧化石墨烯悬浮液：将氧化石墨加入到异丙醇中，配置成浓度为0.75mg/ml的氧化石墨溶液超声0.7h，得到均匀分散的氧化石墨烯悬浮液。向氧化石墨烯悬浮液中，加入1mol/L的KOH调节PH值到11，加入乙二胺（其中质量比乙二胺/GO=7：10），超声分散30min。
（2）石墨烯：将所得到的悬浮液放入高温高压反应釜中，将其密封好，然后加热到60℃，反应30min，然后将其加热到240℃，压力在5MPa下，保持10min，卸掉反应釜内的压力，得到石墨烯初产品，将此用乙醇反复冲洗，过滤，60℃真空干燥，得到石墨烯。
实施例3
本发明一种石墨烯制备方法如下：
（1）氧化石墨烯悬浮液：将氧化石墨加入到甲醇中，配置成浓度为0.5mg/ml的氧化石墨溶液超声0.6h，得到均匀分散的氧化石墨烯悬浮液。向氧化石墨烯悬浮液中，加入1mol/L的氨水调节PH值到10，加入水合肼（85%）（其中质量比RN2H4/GO=1：10）溶液，超声分散5min。
（2）石墨烯：将所得到的悬浮液放入高温高压反应釜中，将其密封好，然后加热到80℃，反应10min，然后将其加热到240℃，压力在8MPa下，保持10min，卸掉反应釜内的压力，得到石墨烯初产品，将此用乙醇反复冲洗，过滤，60℃真空干燥，得到石墨烯。
实施例4
本发明一种石墨烯制备方法如下：
（1）氧化石墨烯悬浮液：将氧化石墨加入到DMF中，配置成浓度为0.25mg/ml的氧化石墨溶液超声0.5h，得到均匀分散的氧化石墨烯悬浮液。向氧化石墨烯悬浮液中，加入1mol/L的NaOH溶液调节PH值到11，加入乙二胺（其中质量比乙二胺/GO=1：10），超声分散5min。
（2）石墨烯：将所得到的悬浮液放入高温高压反应釜中，将其密封好，然后加热到80℃，反应10min，然后将其加热到400℃，压力在5MPa下，保持30min，卸掉反应釜内的压力，得到石墨烯初产品，将此用乙醇反复冲洗，过滤，60℃真空干燥，得到石墨烯。
石墨烯的电导率和比表面积测试
通过四探针法测定石墨烯的电导率，通过BET测定石墨烯的比表面积，测试结果如表1所示；从电导率和比表面积的测试数据来说，所制备的石墨烯的电导率和比表面积均较高。
表1
实施例 电导率（S/m） 比表面积（S/m）
1 6.57×104 544.3
2 6.38×104 531.8
3 6.43×104 539.7
4 6.21×104 528.4
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 (8)

1.一种石墨烯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将氧化石墨加入到溶剂中，超声处理后，配置成浓度为0.25-1mg/ml的氧化石墨烯悬浮液；
向所述氧化石墨烯悬浮液中加入碱溶液调节PH值到10-11，随后加入还原试剂，再次进行超声处理，得到前驱体溶液；
将前驱体溶液置于反应器中密封后，先在60-100℃条件下进行预热处理，随后在240℃-400℃和5-25MPa压力下进行热处理10-60min，随后去除压力，得到石墨烯。
2.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述溶剂为水、异丙醇、甲醇或N,N-二甲基甲酰胺。
3.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述碱溶液为NaOH溶液、KOH溶液或氨水溶液，所述碱溶液的浓度为1mol/L。
4.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述还原剂为水合肼或乙二胺；所述还原剂与氧化石墨烯的质量比为1:10-7:10。
5.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述反应器为高温高压反应釜。
6.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述热处理后，还对制得的石墨烯进行纯化干燥处理：将热处理后得到的产物用乙醇反复冲洗、过滤，随后于60℃下真空干燥，得到纯化的石墨烯。
7.根据权利要求1至6任一所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯悬浮液制备过程中，超声处理时间为30min-1h。
8.根据权利要求7所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯悬浮液中加入还原剂后，超声处理时间为5-30min。
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