CN104773727A - 固相煅烧合成石墨烯的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种固相煅烧合成石墨烯的方法，属无机材料合成领域。该方法将氧化石墨与水混合，超声分散，搅拌一定时间，在片层之间形成分散剂，使混合物形成凝胶状。加热烘干，煅烧。溶解分散剂，过滤。洗涤滤饼，将滤饼烘干得到石墨烯。该方法得到的石墨烯比表面积大，还原程度深，从根本上避免了采用水相合成石墨烯时片层过度堆积，造成石墨烯比表面积小等缺陷。生产过程中无废水的产生，分散剂可回收循环使用，简化了合成过程，降低了成本，适合工业化大规模合成石墨烯。
Description
技术领域
本发明涉及合成石墨烯的方法，尤其涉及采用固相煅烧合成石墨烯的方法，属无机材料合成领域。
背景技术
石墨烯具有高比表面积，孔容量大，导电性和导热性好等优异的性能，还有一些独特的性能，如隧道效应、半整数量子霍尔效应等。由于石墨烯材料具有如此众多奇特的性质, 引起了物理、化学、材料等不同领域科学家的极大研究兴趣。也使得石墨烯在电子、信息、能源、材料和生物医药等领域具有重大的应用前景。
物理方法通常是以廉价的石墨或膨胀石墨为原料，通过微机械剥离法、液相或气相直接剥离法来制备单层或多层石墨烯，此法原料易得，操作相对简单，合成的石墨烯的纯度高、缺陷较少，但费时、产率低下，不适于大规模生产。化学气相沉积是反应物质在相当高的温度、气态条件下发生化学反应，生成的固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。但现阶段较高的成本、复杂的工艺以及精确的控制加工条件制约了化学气相沉积法制备石墨烯的发展。
综合各种文献和相关专利，石墨烯的合成还存在产量小，合成条件苛刻、合成困难，合成过程需要大量溶剂、产生废水多，反应放大困难。在煅烧条件下反应，深度还原石墨烯，石墨烯品质好，分散剂剂可以回收再使用，至今没有发现类似报道。
发明内容
本发明目的在于提供一种产率高，还原程度好，容易分离，避免废水的产生且适宜工业大量生产的石墨烯合成方法。
为实现本发明目的，本发明采用柱撑或插层的方法，将分散剂分散在片层之间，石墨烯还原后加入溶解剂，除去分散剂，保持片层的分散性。
具体步骤如下：
（1）将氧化石墨烯加水与分散剂混合，超声分散，使分散剂柱撑或插层在片层间隙。
(2) 加入氢氧化钠或浓氨水或盐酸溶液，得到凝胶状物质柱撑或插层在片层间隙，300---1000℃高温煅烧，热还原氧化石墨烯。
(3) 石墨烯还原后加入溶解剂，除去分散剂，经洗涤，将滤饼烘干，得到石墨烯。
所述第(1)步中，分散剂为氯化铝，硝酸铝，氯化铁，氯化铜，偏铝酸钠，硅酸钠，硫酸亚铁铵，氨水，氯化铵，盐酸，硫酸，碳酸钠等其中之一。
所述第(1)步中，氧化石墨烯与分散剂的质量比=1:100~100:1。
所述第(2)步中，煅烧温度优选800---1000℃;煅烧时间是1~48小时。
所述第(3)步中，除去分散剂的溶解剂是盐酸，硫酸，硝酸，水，氢氧化钠，氟化铵或氢氟酸等，或多种溶解剂分步依次处理。
本发明优点在于：采用固相煅烧法合成石墨烯，产率高，达80%以上，石墨烯还原程度高，石墨烯品质好。从根本上避免了采用水相合成石墨烯时片层过度堆积，造成石墨烯比表面积小等缺陷。生产过程中无废水的产生，分散剂和溶剂可回收循环使用，简化了合成过程，降低了成本，适合工业化大规模合成石墨烯。本发明生产的石墨烯可用于电子、信息、能源、材料和生物医药等领域，也可用做合成其它化合物的载体等。
附图说明
图1为本发明实施例1制得的石墨烯扫描电镜图。
具体实施方式
以下结合具体的实施例对本发明的技术方案作进一步说明：
实施例1
在烧杯中，加入氧化石墨1.0g，加入硫酸亚铁铵12g和30 mL水，超声分散1小时。然后加入氢氧化钠，使分散剂柱撑或插层在片层间隙，得到凝胶状物质柱撑或插层在片层间隙。加水洗涤，加热80℃干燥。300℃煅烧4小时。加入稀硫酸溶解，过滤干燥，得到石墨烯0.8 g。石墨烯比表面积400平方米/克。层间距约0.4 纳米。石墨烯中碳氧质量比=8.7：1。
实施例2
在烧杯中，加入氧化石墨1.0 g， 氯化铝5 g和20 mL水，超声分散1小时。然后慢慢加入稀盐酸，使分散剂柱撑或插层在片层间隙，至沉淀完全，加水洗涤，加热80℃干燥，大约2小时。500℃煅烧1小时。冷却后，加盐酸溶解氧化铝。过滤干燥，得到石墨烯0.8 g。石墨烯比表面积500平方米/克。层间距约0.4 纳米。石墨烯中碳氧质量比=8.5：1。
实施例3
在烧杯中，加入氧化石墨1.0 g，加入硅酸钠5.0 g和20 mL水。超声分散2小时。慢慢滴加稀盐酸，使分散剂柱撑或插层在片层间隙，至沉淀完全。加水洗涤，加热80℃干燥。在1000℃煅烧1小时。冷却后用氟化铵或氢氟酸溶解。过滤。烘干，得到石墨烯0.88 g。石墨烯比表面积700平方米/克。层间距约0.5纳米。石墨烯中碳氧质量比=9：1。
实施例4
在烧杯中，加入氧化石墨1.0 g，加入偏铝酸钠5.0 g和20 mL水。超声分散2小时。慢慢滴加稀盐酸，使分散剂柱撑或插层在片层间隙，至沉淀完全，加水洗涤，加热80℃干燥。800℃煅烧2小时。冷却后，加盐酸溶解氧化铝。过滤干燥，得到石墨烯0.8 g。石墨烯比表面积500平方米/克。层间距约0.5 纳米。石墨烯中碳氧质量比=9：1。
实施例5
在烧杯中，加入氧化石墨1.0 g，加入氯化铜5.0 g和20 mL水。超声分散2小时，慢慢加入碳酸钠，使分散剂柱撑或插层在片层间隙。加水洗涤，加热80℃干燥。1000℃煅烧1小时。冷却后，加盐酸溶解氧化铜，加稀硝酸溶解铜。过滤干燥，得到石墨烯0.8 g。石墨烯比表面积500平方米/克。层间距约0.5 纳米。石墨烯中碳氧质量比=9.5：1。
实施例6
将氧化石墨1.0 kg，加入氯化铝5kg和50kg水，超声分散2小时。慢慢加入稀氢氧化钠搅拌，至沉淀完全。压滤，烘干。在700℃煅烧4小时。冷却后加稀盐酸，液体浑浊，液面有金属光泽。过滤烘干，得到石墨烯0.84 kg。石墨烯比表面积500平方米/克。层间距约0.4 纳米。石墨烯中碳氧质量比=8.5：1。
Claims (2)
1.固相煅烧合成石墨烯的方法，其特征在于，通过如下步骤实现：
（1）将氧化石墨烯加水与分散剂混合，超声分散，使分散剂柱撑或插层在片层间隙；
(2) 加入氢氧化钠或浓氨水或盐酸溶液，分散剂分散到片层之间，得到凝胶状物质，300---1000℃高温煅烧，热还原氧化石墨烯；
(3) 石墨烯还原后加入溶解剂，除去分散剂，经洗涤，将滤饼烘干，得到石墨烯；
所述第(1)步中，分散剂为氯化铝，硝酸铝，氯化铁，氯化铜，偏铝酸钠，硅酸钠，硫酸亚铁铵，氨水，氯化铵，盐酸，硫酸，碳酸钠其中之一；
所述第(1)步中，氧化石墨烯与分散剂的质量比=1:100~100:1；
所述第(3)步中，除去分散剂的溶解剂选盐酸，硫酸，硝酸，水，氢氧化钠，氟化铵或氢氟酸。
2.如权利要求1所述的固相煅烧合成石墨烯的方法，其特征在于，所述第(2)步中，煅烧温度选800---1000℃，煅烧时间1~48小时。
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