CN104609395A - 石墨烯及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石墨烯的制备方法，包括以下步骤：将石墨粉体、铵盐和多元醇或者多元醇水溶液搅拌混合，然后在微波辐射下加热混合液，直至混合液变成棕黑色或者深棕黑色，即制得石墨烯悬浮液。本发明提供的石墨烯的制备方法通过石墨粉、铵盐和高沸点多元醇液体混合，并在微波条件下加热，铵盐渗入到石墨层间，发生分解又化合的反应，使石墨容易在振动中分层，得到高品质的石墨烯。
Description
技术领域
本发明涉及纳米材料技术领域，特别是涉及一种石墨烯的制备方法。
背景技术
石墨烯是一种应用广泛的二维全碳材料，但大量制备这种材料仍存在成本高的问题。微波加热制备石墨烯被认为是一种简单的制备过程，然而绝大多数报道是将石墨氧化后再用微波加热制备含有大量缺陷和官能团的石墨烯，少数报道有用微波辅助电化学法或微波辅助加热石墨层间物法获得石墨烯，例如，采用电化学方法对石墨进行预膨胀，再在Ar气氛中微波加热得到膨胀石墨，然后浸到N–甲基–1–吡咯烷酮中超声振荡获得石墨烯，还有Fu等用有一定氧化性的FeCl3使CH3NO2渗入到石墨层间，再用微波加热分解CH3NO2得到纯度较高的石墨烯，但仍存在制备过程复杂，成本高的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种石墨烯的制备方法，以简化石墨烯的制备过程，显著降低生产成本。
基于上述目的，本发明提供的石墨烯的制备方法包括以下步骤：
将石墨粉体、铵盐和多元醇或者多元醇水溶液搅拌混合，然后在微波辐射下加热混合液，直至混合液变成棕黑色或者深棕黑色，即制得石墨烯悬浮液。
可选地，在微波辐射下加热混合液至200-350℃，并保持0.2-0.8小时。
可选地，所述微波辐射在空气中进行，所述微波的波长为100-200mm，频率为2200-2800MHz。
较佳地，所述制备方法还包括：
将所述石墨烯悬浮液分离得到石墨烯，再将所述石墨烯经洗涤、真空干燥后获得石墨烯粉体。
可选地，所述石墨粉体与铵盐的质量之比为10-0.5:1。
较佳地，所述石墨粉体与多元醇或者多元醇水溶液的质量体积之比为10-50克/升。
优选地，所述多元醇水溶液中多元醇与水的体积之比为15-3:1。
可选地，所述多元醇选自双甘油、丙三醇和聚乙烯醇中的至少一种。
优选地，所述铵盐选自氯化铵和硫酸铵中的至少一种。
本发明还提供一种石墨烯，所述石墨烯根据上述石墨烯的制备方法制得。
从上面所述可以看出，本发明提供的石墨烯的制备方法通过石墨粉、铵盐和高沸点多元醇液体混合，并在微波条件下加热，铵盐渗入到石墨层间，发生分解又化合的反应，使石墨容易在振动中分层，得到高品质的石墨烯。本发明采用的高沸点多元醇容易吸收微波，使溶液的温度升得快，有利于快速制得石墨烯。可见，本发明提供的制备方法具有如下优点：（1）操作过程简单、易控、节能；（2）对环境和人的危害性小；（3）原材料廉价、易得；（4）适宜大量制备高品质石墨烯。
附图说明：
图1为本发明实施例石墨烯的XRD图；
图2为本发明实施例石墨烯的TEM图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
实施例1
首先，在室温下，将1g石墨粉体、0.5g氯化铵和50mL丙三醇搅拌混合均匀得到混合液；然后在空气中微波辐射下加热混合液至260℃左右，并保持0.5小时，混合液变成棕黑色或者深棕黑色，停止加热，即制得分散性良好的石墨烯悬浮液；自然冷却后，将所述石墨烯悬浮液分离得到石墨烯，再将所述石墨烯经去离子水洗涤、真空干燥后就可获得石墨烯粉体。
其中，所述微波的波长为110-160mm，频率为2300-2600MHz。需要说明的是，也可以直接将混合液放入微波炉中，在空气中、常压下微波加热石墨粉体，直接制备得到高品质的石墨烯粉体。
实施例2
首先，在室温下，将3g石墨粉体、1g硫酸铵和200mL双甘油搅拌混合均匀得到混合液；然后在空气中微波辐射下加热混合液至280℃左右，并保持0.6小时，混合液变成棕黑色或者深棕黑色，停止加热，即制得分散性良好的石墨烯悬浮液；自然冷却后，将所述石墨烯悬浮液分离得到石墨烯，再将所述石墨烯经去离子水洗涤、真空干燥后就可获得石墨烯粉体。
其中，所述微波的波长为130-170mm，频率为2380-2680MHz。需要说明的是，可以直接将混合液放入微波炉中，在空气中、常压下微波加热石墨粉体，直接制备得到高品质的石墨烯粉体。
实施例3
首先，在室温下，将2g石墨粉体、0.5g氯化铵、50mL丙三醇和20mL乙二醇搅拌混合均匀得到混合液；然后在空气中微波辐射下加热混合液至230℃左右，并保持0.7小时，混合液变成棕黑色或者深棕黑色，停止加热，即制得分散性良好的石墨烯悬浮液；自然冷却后，将所述石墨烯悬浮液分离得到石墨烯，再将所述石墨烯经去离子水洗涤、真空干燥后就可获得石墨烯粉体。
其中，所述微波的波长为135-155mm，频率为2400-2660MHz。需要说明的是，也可以直接将混合液放入微波炉中，在空气中、常压下微波加热石墨粉体，直接制备得到高品质的石墨烯粉体。
实施例4
首先，在室温下，将4g石墨粉体、0.8g硫酸铵和280mL丙三醇搅拌混合均匀得到混合液；然后在空气中微波辐射下加热混合液至245℃左右，并保持0.8小时，混合液变成棕黑色或者深棕黑色，停止加热，即制得分散性良好的石墨烯悬浮液；自然冷却后，将所述石墨烯悬浮液分离得到石墨烯，再将所述石墨烯经去离子水洗涤、真空干燥后就可获得石墨烯粉体。
其中，所述微波的波长为128-155mm，频率为2320-2580MHz。需要说明的是，可以直接将混合液放入微波炉中，在空气中、常压下微波加热石墨粉体，直接制备得到高品质的石墨烯粉体。
实施例5
首先，在室温下，将1.2g石墨粉体、0.4g氯化铵、40mL丙三醇和5mL水搅拌混合均匀得到混合液；然后在空气中微波辐射下加热混合液至250℃左右，并保持0.45小时，混合液变成棕黑色或者深棕黑色，停止加热，即制得分散性良好的石墨烯悬浮液；自然冷却后，将所述石墨烯悬浮液分离得到石墨烯，再将所述石墨烯经去离子水洗涤、真空干燥后就可获得石墨烯粉体。
其中，所述微波的波长为138-165mm，频率为2370-2660MHz。需要说明的是，可以直接将混合液放入微波炉中，在空气中、常压下微波加热石墨粉体，直接制备得到高品质的石墨烯粉体。
实施例6
首先，在室温下，将2.5g石墨粉体、1.1g氯化铵、30mL丙三醇、45mL双甘油和12mL水搅拌混合均匀得到混合液；然后在空气中微波辐射下加热混合液至260℃左右，并保持0.52小时，混合液变成棕黑色或者深棕黑色，停止加热，即制得分散性良好的石墨烯悬浮液；自然冷却后，将所述石墨烯悬浮液分离得到石墨烯，再将所述石墨烯经洗涤、真空干燥后就可获得石墨烯粉体。
其中，所述微波的波长为126-159mm，频率为2350-2760MHz。需要说明的是，可以直接将混合液放入微波炉中，在空气中、常压下微波加热石墨粉体，直接制备得到高品质的石墨烯粉体。
实施例7
首先，在室温下，将1.5g石墨粉体、0.5g氯化铵和70mL聚乙烯醇搅拌混合均匀得到混合液；然后在空气中微波辐射下加热混合液至250℃左右，并保持0.5小时，混合液变成棕黑色或者深棕黑色，停止加热，即制得分散性良好的石墨烯悬浮液；自然冷却后，将所述石墨烯悬浮液分离得到石墨烯，再将所述石墨烯经去离子水洗涤、真空干燥后就可获得石墨烯粉体。
其中，所述微波的波长为110-160mm，频率为2300-2600MHz。需要说明的是，也可以直接将混合液放入微波炉中，在空气中、常压下微波加热石墨粉体，直接制备得到高品质的石墨烯粉体。
参见图1和图2，分别为本发明实施例石墨烯的XRD图和TEM图，从图中可以看出，通过本发明提供的制备方法可以得到高品质的石墨烯。
如上所述，本发明提供的石墨烯的制备方法通过石墨粉、铵盐和高沸点多元醇液体混合，并在微波条件下加热，铵盐渗入到石墨层间，发生分解又化合的反应，使石墨容易在振动中分层，得到高品质的石墨烯。本发明采用的高沸点多元醇容易吸收微波，使溶液的温度升得快，有利于快速制得石墨烯。可见，本发明提供的制备方法具有如下优点：（1）操作过程简单、易控、节能；（2）对环境和人的危害性小；（3）原材料廉价、易得；（4）适宜大量制备高品质石墨烯。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种石墨烯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将石墨粉体、铵盐和多元醇或者多元醇水溶液搅拌混合，然后在微波辐射下加热混合液，直至混合液变成棕黑色或者深棕黑色，即制得石墨烯悬浮液。
2.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，在微波辐射下加热混合液至200-350℃，并保持0.2-0.8小时。
3.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述微波辐射在空气中进行，所述微波的波长为100-200mm，频率为2200-2800MHz。
4.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，还包括：
将所述石墨烯悬浮液分离得到石墨烯，再将所述石墨烯经洗涤、真空干燥后获得石墨烯粉体。
5.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述石墨粉体与铵盐的质量之比为10-0.5:1。
6.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述石墨粉体与多元醇或者多元醇水溶液的质量体积之比为10-50克/升。
7.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述多元醇水溶液中多元醇与水的体积之比为15-3：1。
8.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述多元醇选自双甘油、丙三醇和聚乙烯醇中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述铵盐选自氯化铵和硫酸铵中的至少一种。
10.一种石墨烯，其特征在于，所述石墨烯根据权利要求1-7中任意一项所述的石墨烯的制备方法制得。
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| 王灿等: "微波辐照气相法合成氮掺杂石墨烯", 《无机材料学报》, vol. 27, no. 2, 28 February 2012 (2012-02-28) * |
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