CN105502373B - 一种石墨烯的绿色制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯的绿色制备方法。包括以下步骤：(1)将一定量的氧化石墨(GO)加入到适量的蒸馏水中，超声0.5‑1h得到浓度为均匀分散的氧化石墨烯悬浮液；(2)往步骤(1)中加入适量一定浓度的腐植酸钠溶液，搅拌均匀；(3)将步骤(2)所得溶液转入水热反应釜，一定温度下反应一定时间；(4)将步骤(3)所得产物经过滤或离心洗涤得到石墨烯(rGO)产品。本发明的方法具有原料简单易得，方法简易可行，水热反应温度相对较低，具有极大安全可靠性，整个工艺过程避免了有毒试剂的使用，环境更友好，适合于规模化生产。

Description

一种石墨烯的绿色制备方法
技术领域
本发明属于材料技术领域，涉及石墨烯的制备方法。
背景技术
石墨烯(Graphene)是一种性能优异的二维蜂窝状晶格结构的新型碳材料，其基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环，是目前最理想的二维纳米碳材料。自2004年，英国物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃消洛夫，成功地从石墨中剥离出石墨烯以来，其优异的物理化学性能，使其在化工、材料、医学等领域具有重要的应用前景。
目前，石墨烯的制备主要有三种典型的方法，即机械剥离法，氧化还原法和化学气相沉积法。其中，机械剥离法和化学气相沉积法因反应条件苛刻、成本高等缺点不利于广泛应用。相比较而言，氧化还原法是目前被广泛采用的一种方法，此方法成本低，周期短，产量大，常被应用于石墨烯材料的制备。还原石墨烯的常用方法有主要有三类：第一类是使用还原剂在高温或者高压的条件下还原氧化石墨烯；第二类是直接将氧化石墨烯在惰性气体保护下加热，使含氧官能团的稳定性下降，以水蒸气和二氧化碳等形式离开氧化石墨烯；第三种是催化还原法，在光照或高温条件下，将催化剂混合到氧化石墨烯中，诱导氧化石墨烯还原。
目前还原氧化石墨烯主要有高温热还原(高温快速烧结、微波法等)和化学还原法(如肼类还原剂)来制备石墨烯。但这两类方法都有缺点，第一类方法反应温度较高，能量消耗过高，且对设备要求高；第二类方法大多数还原剂为毒性试剂，使用过程较危险，且反应时间过长，清洗不方便，不利于规模化生产和应用。因此，探索新的、成本低廉、简单高效、环境友好的还原方法迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种无毒、低成本、可快速制备和简单分离的石墨烯的绿色制备方法，其工艺简单，简单掌握，可以进行大量生产。
本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明所述的制备方法，按以下步骤。
(1)将一定量的氧化石墨(GO)加入到适量的蒸馏水中，超声0.5-1h得到浓度为均匀分散的氧化石墨烯悬浮液；
(2)往步骤(1)中加入适量一定浓度的腐植酸钠溶液，搅拌均匀；
(3)将步骤(2)所得溶液转入水热反应釜，一定温度下反应一定时间；
(4)将步骤(3)所得产物经过滤或离心洗涤得到石墨烯(rGO)产品。
步骤(1)中，氧化石墨烯悬浮液浓度最好是0.5-5mg/ml。
步骤(2)中，腐植酸钠溶液的摩尔浓度为3-8mol/L。
步骤(3)中，水热反应釜的内衬采用聚四氟乙烯材料，水热温度为80-120摄氏度，反应时间为12-24h。
步骤(4)中，离心洗涤的洗涤剂为蒸馏水和以纯，离心速率为8000-10000rpm，离心次数为5-10次，每次离心的时间为3-8min。
本发明的方法具有原料简单易得，方法简易可行，水热反应温度相对较低，具有极大安全可靠性，整个工艺过程避免了有毒试剂的使用，环境更友好，适合于规模化生产。
附图说明
图1是实施例1所得的石墨烯与氧化石墨烯的的X射线衍射(XRD)谱图。
图2是实施例1所得的石墨烯与氧化石墨烯的傅立叶红外光谱分析(FT-IR)谱图。
图3是氧化石墨烯的扫描电子显微镜(SEM)形貌图。
图4是实施例1所得的石墨烯的扫描电子显微镜(SEM)形貌图。
具体实施方式
本发明的实施方案将根据以下非限制性实施例，进一步加以描述说明。
实施例1
本实施例为优选的实施例。
(1)将60mg的GO分散在60mL水溶液中，超声1h形成棕黄色的氧化石墨烯悬浮液；
(2)往步骤(1)得到的氧化石墨烯悬浮液中加入3mL，5mol/L的腐植酸钠溶液，搅拌均匀；
(3)将步骤(2)得到溶液转入100mL的水热反应釜，在80℃下水热反应24h；
(4)将步骤(3)所得产物用酒精和蒸馏水在8000rpm下分别离心洗涤5次，每次离心3min，将所得产品干燥得到石墨烯产品。
实施例2
(1)将300mg的GO分散在60mL水溶液中，超声1h形成棕黄色的氧化石墨烯悬浮液；
(2)往步骤(1)得到的氧化石墨烯悬浮液中加入5mL，5mol/L的腐植酸钠溶液，搅拌均匀；
(3)将步骤(2)得到溶液转入100mL的水热反应釜，在100℃下水热反应18h；
(4)将步骤(3)所得产物用酒精和蒸馏水在10000rpm下分别离心洗涤6次，每次离心5min，将所得产品干燥得到石墨烯产品。
实施例3
(1)将30mg的GO分散在60mL水溶液中，超声0.5h形成棕黄色的氧化石墨烯悬浮液；
(2)往步骤(1)得到的氧化石墨烯悬浮液中加入1mL，5mol/L的腐植酸钠溶液，搅拌均匀；
(3)将步骤(2)得到溶液转入100mL的水热反应釜，在120℃下水热反应12h；
(4)将步骤(3)所得产物用酒精和蒸馏水在8000rpm下分别离心洗涤5次，每次离心3min，将所得产品干燥得到石墨烯产品。
附图1为本发明所实施例1所得的石墨烯与氧化石墨烯的的X射线衍射(XRD)谱图。由图1可知，氧化石墨烯曲线在2θ约为10°附近出现了很强的衍射峰，即氧化石墨(001)面的衍射峰。经腐植酸钠还原后，氧化石墨的特征峰消失，在2θ≈25°出现了石墨烯的特征衍射峰，从而可以判断氧化石墨烯还原为石墨烯。
附图2为本发明所实施例1所得的石墨烯与氧化石墨烯的傅立叶红外光谱分析(FT-IR)谱图。从图2中可知，3430cm-1处为OH的伸缩振动峰，其来源有羧基、羟基和水分子，1734cm-1处为C＝O峰，1385cm-1处为羧基的OH弯曲振动峰，1225cm-1及1050cm-1处附近出现了C-O基团的伸缩振动和环氧或过氧基体的特征吸收峰，说明氧化石墨烯含有多种含氧官能团。经对比可发现，经腐植酸钠还原后，含氧官能团吸收峰明显减弱，特别是C-OH吸收峰下降最大，这说明在腐植酸钠的还原下，氧化石墨中大部分含氧基团被消除，氧化石墨被还原。
附图3是氧化石墨烯的扫描电子显微镜(SEM)形貌图。附图4为本发明实施例1所得的石墨烯的扫描电子显微镜(SEM)形貌图。附图3放大倍数为10000倍，附图4放大倍数为20000倍，由图可看出，实施例1所得的石墨烯为片层褶皱结构，具有较大的比表面积。

Claims (2)

1.一种石墨烯的绿色制备方法，按以下步骤：
(1)将一定量的氧化石墨(GO)加入到适量的蒸馏水中，超声0.5-1h得到浓度为均匀分散的氧化石墨烯悬浮液；
(2)往步骤(1)中加入适量一定浓度的腐植酸钠溶液，搅拌均匀；
(3)将步骤(2)所得溶液转入水热反应釜，一定温度下反应一定时间；
(4)将步骤(3)所得产物经过滤或离心洗涤得到石墨烯(rGO)产品；
其特征在于：步骤(1)中制得的氧化石墨烯悬浮液浓度为0.5-5mg/ml；步骤(2)中腐植酸钠溶液的摩尔浓度为3-8mol/L；步骤(3)中水热反应釜的内衬采用聚四氟乙烯材料，水热温度为80-120摄氏度，反应时间为12-24h。
2.按照权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，离心洗涤的洗涤剂为蒸馏水和乙醇，离心速率为8000-10000rpm，离心次数为5-10次，每次离心的时间为3-8min。
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