CN103935998A - 一种石墨烯水溶液的制备方法 - Google Patents

一种石墨烯水溶液的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103935998A
CN103935998A CN201410196389.1A CN201410196389A CN103935998A CN 103935998 A CN103935998 A CN 103935998A CN 201410196389 A CN201410196389 A CN 201410196389A CN 103935998 A CN103935998 A CN 103935998A
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphene
water
preparation
quantum dot
aqueous solution
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
CN201410196389.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103935998B (zh
Inventor
何朋
丁古巧
孙静
田素云
谢晓明
江绵恒
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.)
Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Original Assignee
Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
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 Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS filed Critical Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Priority to CN201410196389.1A priority Critical patent/CN103935998B/zh
Publication of CN103935998A publication Critical patent/CN103935998A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103935998B publication Critical patent/CN103935998B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明公开了一种石墨烯水溶液的制备方法，其特征在于利用石墨烯量子点作为分散剂，在水溶液中与石墨烯片发生非共价结合，促进石墨烯在水中的分散，从而获得可稳定分散的石墨烯水溶液。本发明的技术方案包括以下步骤：(1)制备石墨烯粉体、石墨烯量子点水的混合物，得到石墨烯悬浊液；(2)机械分散上述混合物，获得稳定的石墨烯水溶液。与现有石墨烯水溶液的制备技术相比，本发明充分利用石墨烯量子点在水中良好的分散性，辅助分散在水中难以分散的石墨烯粉体，获得稳定分散的石墨烯水溶液，工艺简单。克服了以往在水中分散石墨粉体中必须引入表面活性剂和聚合物等难以去除的难题，非常适合石墨烯水溶液的批量生产。

Description

一种石墨烯水溶液的制备方法
技术领域
本发明涉及一种石墨烯水溶液的制备方法，属于纳米新材料技术领域。
背景技术
石墨烯是由单层碳原子以sp2杂化方式键合形成的具有六方点阵蜂窝状结构的纳米碳材料，属于一种新型的二维晶体材料。石墨烯具有良好的导电性、导热性、光学透过性以及特殊的力学特性和电子学特性，在能源存储、透明导电器件、复合材料以及光电子器件等领域都具有很好的应用前景。因此，石墨烯目前已成为材料学、物理学和化学等多个学科领域内的研究热点。在产业化方面，由于各种制备技术的发展，石墨烯产品的开发近年来也取得了显著的进展。
稳定分散石墨烯溶液对于石墨烯在能源存储、透明导电器件和复合材料等领域中的应用非常重要。研究表明，未经表面改性的石墨烯粉体通常为疏水性材料，在水和醇类溶剂中不能稳定分散，而在N-2-甲基吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)以及二甲基亚矾(DMSO)等高沸点有机溶剂中具有较好的分散性。然而，由于难以完全去除，这些溶剂的使用和残留往往会对相应产品的性能造成不良的影响，不利于石墨烯的实际应用。因此，探索石墨烯在低沸点、易去除溶剂(如水和乙醇)中的稳定分散具有重要意义。
目前，在大量的文献报道中，一般使用表面活性剂、聚合物等分散试剂促进石墨烯在水中的稳定分散，或者先对氧化石墨烯边缘进行化学修饰处理，使得表面形成亲水性基团，然后通过还原氧化石墨烯水溶液获得稳定的石墨烯水溶液。如，Sasha Stankovich等人在Nature，2006,442,282–286一文中报道了以聚苯乙烯磺酸钠为分散剂，还原氧化石墨烯获得稳定的石墨烯水溶液的方法。2008年，Yongchao Si等在NanoLetters，2008，8，1679-1682一文中报道了一种化学修饰改性制备石墨烯水溶液的方法，他们先用重氮盐的磺胺酸溶液处理氧化石墨烯，获得磺酸基修饰的氧化石墨烯，然后在水相中还原氧化石墨烯获得石墨烯水溶液。然而，在这些方法中，所得到的石墨烯分散体系中往往含有残留的表面活性剂、聚合物、化学修饰改性剂等杂质，很难去除，且对石墨烯的应用也是不利因素。因此，对于石墨烯在水相的分散，能否找到一种简单有效，且容易去除的分散剂非常重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种石墨烯水溶液的制备方法，主要以石墨烯量子点为分散剂，利用石墨烯量子点在水溶液中良好的分散性，及其与石墨烯片层之间较强的非共价作用，促进石墨烯粉体在水相的稳定分散，从而获得稳定的石墨烯水溶液。
本发明是通过以下具体技术方案实现：
步骤1：制备石墨烯粉体、石墨烯量子点和水的混合物，获得石墨烯悬浊液；。所述石墨烯量子点为各种碳源经强酸氧化法、二次氧化法、水热法或溶剂热法制备得到，其中量子点的碳和氧原子含量比为2：1-20：1，平均横向尺寸小于100nm。所述石墨烯粉体，可以是还原氧化石墨烯或经液相剥离制备得到的高质量石墨烯，厚度为1-10个原子层。所述石墨烯粉体和石墨烯量子点的质量比可以为1:0.2-10，石墨烯在水中的含量可以是0.01-5mg/mL。
步骤2：机械分散上述悬浊物，获得稳定的石墨烯水溶液。所述机械分散方法可以是搅拌分散、超声分散、研磨或球磨分散。
总而言之，本发明公开了一种石墨烯水溶液的制备方法。利用石墨烯量子点作为分散剂，在水溶液中与石墨烯片发生非共价结合，促进石墨烯在水中的分散，从而获得可稳定分散的石墨烯水溶液。本方法提供了一种可在水相中分散石墨烯的方法，本方法以石墨烯量子点辅助分散，可获得稳定的石墨烯水溶液，分散浓度最大可达5mg/mL，克服了以往在水中分散石墨烯粉体必须引入表面活性剂和聚合物等难去除添加剂的问题，且本发明提供的制备方法具有操作工艺简单，耗时短；非常适合石墨烯水溶液的批量制备。
附图说明
图1为本发明提供的石墨烯水溶液的制备工艺流程图；
图2为实施例1中制备得到的石墨烯水溶液图片(a)及石墨烯水溶液的吸收度与放置时间的关系(b)。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的技术方案，以进一步阐明本发明的实质性特点和显著地进步。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，本发明决非仅局限于所述的实施例。
实施例1：称取20mg还原氧化石墨烯粉体，10mg石墨烯经浓硫酸、或浓硫酸和浓硝酸的混合酸氧化裁剪获得的石墨烯量子点粉体，其中碳和氧原子含量比为20：1，平均横向尺寸约为10nm。将上述两种粉体加入到40mL去离子水中，制备得到石墨烯和石墨烯量子点的混合悬浊液，超声分散上述悬浊液，得到稳定分散的石墨烯水溶液。所得石墨烯水溶液及其吸光度随时间的变化如图2(a)和(b)所示，由图2(b)可见随着时间的延长，石墨烯水溶液的吸光度变化不大。经200小时静置后，吸光度基本不变，这表明按本实例条件，乃至按本发明工艺条件制备所得石墨烯水溶液具有较好的分散稳定性。
实施例2：称取40mg还原氧化石墨烯粉体，10mg石墨烯量子点粉体，其中碳和氧原子含量比为20：1，平均横向尺寸约为25nm。将上述两种粉体加入到40mL去离子水中，制备得到石墨烯和石墨烯量子点的混合悬浊液，超声分散上述悬浊液，得到具有与图2(a)和(b)相类似稳定分散的石墨烯水溶液。
实施例3：称取80mg还原氧化石墨烯粉体，20mg氧化石墨烯经DMF溶剂法热裁剪获得的石墨烯量子点粉体，其中碳和氧原子含量比为13：1，平均横向尺寸约为5nm。将上述两种粉体加入到40mL去离子水中，制备得到石墨烯和石墨烯量子点的混合悬浊液，超声分散上述悬浊液，得到具有与图2(a)和(b)相类似稳定分散的石墨烯水溶液。
实施例4：称取5mg液相剥离制备的石墨烯粉体，30mg氧化石墨烯经DMF溶剂热法裁剪获得的石墨烯量子点粉体，其中碳和氧原子含量比为5：1，平均横向尺寸约为2nm。将上述两种粉体加入到40mL去离子水中，制备得到石墨烯和石墨烯量子点的混合悬浊液，超声分散上述悬浊液，得到具有与图2(a)和(b)相类似稳定分散的石墨烯水溶液。

Claims (6)

1.一种石墨烯水溶液的制备方法，其特征在于利用石墨烯量子点作为分散剂，在水溶液中与石墨烯片发生共价结合，促进石墨烯在水中的分散，具体步骤是：
(1)制备石墨烯粉体，石墨烯量子点和水的混合物，获得石墨烯悬浊液；
(2)机械分散上述悬浊液，获得稳定的石墨烯水溶液；
其中，步骤(1)所述的石墨烯和石墨烯量子点的质量比为1:0.2～10，石墨烯在水中的含量是0.01-5mg/mL。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的石墨烯量子点为各种碳源经强酸氧化法、二次氧化法、水热法或溶剂热法制备而得的。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的石墨烯量子点中为碳和氧原子含量比为2-20：1，平均横向尺寸小于100nm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)所述的石墨烯粉体是还原氧化石墨烯或经液相剥离制备得到的厚度为1-10个原子层。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(2)所述的机械分散方法为搅拌分散、超声分散、研磨或球磨分散。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于石墨烯在水中的分散度达5mg/mL。
CN201410196389.1A 2014-05-09 2014-05-09 一种石墨烯水溶液的制备方法 Active CN103935998B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410196389.1A CN103935998B (zh) 2014-05-09 2014-05-09 一种石墨烯水溶液的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410196389.1A CN103935998B (zh) 2014-05-09 2014-05-09 一种石墨烯水溶液的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103935998A true CN103935998A (zh) 2014-07-23
CN103935998B CN103935998B (zh) 2016-04-13

Family

ID=51183927

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410196389.1A Active CN103935998B (zh) 2014-05-09 2014-05-09 一种石墨烯水溶液的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103935998B (zh)

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104876210A (zh) * 2015-04-13 2015-09-02 华南理工大学 一种超声剥离制备水相石墨烯分散液的方法
CN105218994A (zh) * 2015-08-31 2016-01-06 江汉大学 一种量子点聚合物显示材料的制备方法
CN105439133A (zh) * 2015-12-18 2016-03-30 浙江理工大学 一种负电性单层石墨烯的制备方法
CN105565297A (zh) * 2014-10-13 2016-05-11 徐海波 电化学氧化切割碳纤维尖端面制备的石墨烯量子点及方法
CN106495141A (zh) * 2016-11-15 2017-03-15 河南理工大学 一种氧化石墨烯的制备方法
CN106520354A (zh) * 2016-10-21 2017-03-22 青岛大学 一种基于二维材料纳米片/碳量子点的水基润滑液及其制备方法
CN106830084A (zh) * 2017-01-19 2017-06-13 国家纳米科学中心 二维材料粉体及其分散液的制备方法
CN106995213A (zh) * 2017-04-05 2017-08-01 上海烯古能源科技有限公司 一种石墨烯分散液、其制备方法及应用
CN107271386A (zh) * 2017-06-12 2017-10-20 常州第六元素材料科技股份有限公司 一种建立石墨烯浆料稳定性表征模型的方法
CN108054364A (zh) * 2017-12-12 2018-05-18 福州大学 一种石墨烯量子点嵌入多孔二氧化钛材料的制备及应用
CN108276866A (zh) * 2018-01-16 2018-07-13 湖南国盛石墨科技有限公司 一种金属材料用石墨烯耐高温防腐涂料及其制备方法
CN108314932A (zh) * 2018-01-16 2018-07-24 湖南国盛石墨科技有限公司 一种基于光固化石墨烯导电油墨印刷方法
CN108453029A (zh) * 2018-01-16 2018-08-28 湖南国盛石墨科技有限公司 一种基于光固化石墨烯散热涂料的使用方法
CN108529601A (zh) * 2017-03-01 2018-09-14 中国科学院福建物质结构研究所 一种高品质氮掺杂石墨烯量子点的制备方法
CN108693129A (zh) * 2018-03-21 2018-10-23 常州第六元素材料科技股份有限公司 定量表征氧化石墨烯分散度的方法及氧化石墨烯分散度表征模型
US10787746B2 (en) 2014-10-13 2020-09-29 Haibo Xu Graphene oxide prepared by electrochemically oxidizing and cutting end face of carbon-based three-dimensional material and method therefor
US10807872B2 (en) 2015-06-29 2020-10-20 Haibo Xu Graphene oxide quantum dot, material composed of same and graphene-like structure, and preparation method therefor
CN113637338A (zh) * 2021-08-18 2021-11-12 天津大学 改性六方氮化硼、水性抗氧防腐涂层及其制备方法
CN114479328A (zh) * 2022-02-24 2022-05-13 杭州高烯科技有限公司 一种缩醛聚合物－石墨烯复合材料的制备方法
CN115216175A (zh) * 2022-07-27 2022-10-21 中国石油化工股份有限公司 一种用于水性环氧防腐涂料的石墨水性分散液及其制备方法
CN116790159A (zh) * 2023-06-30 2023-09-22 江苏金橡塑新材料有限公司 一种石墨烯改性氧化聚乙烯蜡的制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101913600A (zh) * 2010-08-27 2010-12-15 上海交通大学 制备石墨烯/半导体量子点复合材料的方法
CN102565035A (zh) * 2011-12-12 2012-07-11 湖南大学 一种五氯苯酚的特异性检测方法
US20120279570A1 (en) * 2010-01-08 2012-11-08 Indiana University Research And Technology Corporation Soluble graphene nanostructures and assemblies therefrom

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120279570A1 (en) * 2010-01-08 2012-11-08 Indiana University Research And Technology Corporation Soluble graphene nanostructures and assemblies therefrom
CN101913600A (zh) * 2010-08-27 2010-12-15 上海交通大学 制备石墨烯/半导体量子点复合材料的方法
CN102565035A (zh) * 2011-12-12 2012-07-11 湖南大学 一种五氯苯酚的特异性检测方法

Cited By (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10787746B2 (en) 2014-10-13 2020-09-29 Haibo Xu Graphene oxide prepared by electrochemically oxidizing and cutting end face of carbon-based three-dimensional material and method therefor
CN105565297A (zh) * 2014-10-13 2016-05-11 徐海波 电化学氧化切割碳纤维尖端面制备的石墨烯量子点及方法
CN104876210B (zh) * 2015-04-13 2017-04-19 华南理工大学 一种超声剥离制备水相石墨烯分散液的方法
CN104876210A (zh) * 2015-04-13 2015-09-02 华南理工大学 一种超声剥离制备水相石墨烯分散液的方法
US10807872B2 (en) 2015-06-29 2020-10-20 Haibo Xu Graphene oxide quantum dot, material composed of same and graphene-like structure, and preparation method therefor
CN105218994A (zh) * 2015-08-31 2016-01-06 江汉大学 一种量子点聚合物显示材料的制备方法
CN105439133A (zh) * 2015-12-18 2016-03-30 浙江理工大学 一种负电性单层石墨烯的制备方法
CN106520354A (zh) * 2016-10-21 2017-03-22 青岛大学 一种基于二维材料纳米片/碳量子点的水基润滑液及其制备方法
CN106495141B (zh) * 2016-11-15 2019-04-19 河南理工大学 一种氧化石墨烯的制备方法
CN106495141A (zh) * 2016-11-15 2017-03-15 河南理工大学 一种氧化石墨烯的制备方法
CN106830084A (zh) * 2017-01-19 2017-06-13 国家纳米科学中心 二维材料粉体及其分散液的制备方法
CN108529601B (zh) * 2017-03-01 2021-03-05 中国科学院福建物质结构研究所 一种高品质氮掺杂石墨烯量子点的制备方法
CN108529601A (zh) * 2017-03-01 2018-09-14 中国科学院福建物质结构研究所 一种高品质氮掺杂石墨烯量子点的制备方法
CN106995213A (zh) * 2017-04-05 2017-08-01 上海烯古能源科技有限公司 一种石墨烯分散液、其制备方法及应用
CN107271386A (zh) * 2017-06-12 2017-10-20 常州第六元素材料科技股份有限公司 一种建立石墨烯浆料稳定性表征模型的方法
CN108054364A (zh) * 2017-12-12 2018-05-18 福州大学 一种石墨烯量子点嵌入多孔二氧化钛材料的制备及应用
CN108453029A (zh) * 2018-01-16 2018-08-28 湖南国盛石墨科技有限公司 一种基于光固化石墨烯散热涂料的使用方法
CN108314932A (zh) * 2018-01-16 2018-07-24 湖南国盛石墨科技有限公司 一种基于光固化石墨烯导电油墨印刷方法
CN108276866A (zh) * 2018-01-16 2018-07-13 湖南国盛石墨科技有限公司 一种金属材料用石墨烯耐高温防腐涂料及其制备方法
CN108693129A (zh) * 2018-03-21 2018-10-23 常州第六元素材料科技股份有限公司 定量表征氧化石墨烯分散度的方法及氧化石墨烯分散度表征模型
CN108693129B (zh) * 2018-03-21 2020-12-04 常州第六元素材料科技股份有限公司 氧化石墨烯分散度的表征方法及表征模型
CN113637338A (zh) * 2021-08-18 2021-11-12 天津大学 改性六方氮化硼、水性抗氧防腐涂层及其制备方法
CN114479328A (zh) * 2022-02-24 2022-05-13 杭州高烯科技有限公司 一种缩醛聚合物－石墨烯复合材料的制备方法
CN115216175A (zh) * 2022-07-27 2022-10-21 中国石油化工股份有限公司 一种用于水性环氧防腐涂料的石墨水性分散液及其制备方法
CN115216175B (zh) * 2022-07-27 2024-02-06 中国石油化工股份有限公司 一种用于水性环氧防腐涂料的石墨水性分散液及其制备方法
CN116790159A (zh) * 2023-06-30 2023-09-22 江苏金橡塑新材料有限公司 一种石墨烯改性氧化聚乙烯蜡的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN103935998B (zh) 2016-04-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103935998B (zh) 一种石墨烯水溶液的制备方法
CN103935999B (zh) 一种石墨烯的制备方法
Dong et al. A non-dispersion strategy for large-scale production of ultra-high concentration graphene slurries in water
Shi et al. Large-scale production of high-quality graphene sheets by a non-electrified electrochemical exfoliation method
He et al. Urea-assisted aqueous exfoliation of graphite for obtaining high-quality graphene
US10807872B2 (en) Graphene oxide quantum dot, material composed of same and graphene-like structure, and preparation method therefor
CN108276996B (zh) 基于氮硫共掺杂石墨烯量子点材料、其制备方法及其应用
KR101666478B1 (ko) 그래핀의 제조 방법과, 그래핀의 분산 조성물
CN106158405B (zh) 一种氢氧化镍/石墨烯纳米复合材料及其制备方法、超级电容器电极及超级电容器
CN108529601B (zh) 一种高品质氮掺杂石墨烯量子点的制备方法
CN101709147B (zh) 一种石墨烯及石墨烯聚对苯二胺复合材料的制备方法
Hao et al. Superior microwave absorption properties of ultralight reduced graphene oxide/black phosphorus aerogel
US20170305747A1 (en) Method for preparing graphene by using high speed homogenization pretreatment and high pressure homogenation
CN103570010B (zh) 一种石墨烯粉体材料的制备方法
US20190023577A1 (en) Industrial method for preparing large-sized graphene
EP3099632A2 (en) Exfoliation
CN110970620A (zh) 一种高稳定性石墨烯/碳纳米管复合导电浆料的制备方法
CN105271411A (zh) 一种二硫化钼量子点的制备方法
Liu et al. Three‐Dimensional Multilayer Assemblies of MoS2/Reduced Graphene Oxide for High‐Performance Lithium Ion Batteries
CN103466612A (zh) 一种混频超声制备原生石墨烯的方法
Luo et al. Realizing ultralow concentration gelation of graphene oxide with artificial interfaces
Deng et al. Cellular-like sericin-derived carbon decorated reduced graphene oxide for tunable microwave absorption
CN103435037A (zh) 一种液相还原法制备石墨烯/Pt纳米复合材料的方法
CN108640107B (zh) 一种用于高质量石墨烯量产的快速剥离石墨的插层剂
CN105600772B (zh) 电化学氧化切割碳系三维材料端面制的氧化石墨烯及方法

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