CN106044751A - 一种石墨烯的催化制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种石墨烯的催化制备方法，包括以下步骤：A）铜化合物与还原剂反应制得铜粉；B）将铜粉升至反应温度，通入气态碳源，气态碳源在铜的催化下裂解生成碳原子吸附于铜表面，生长成石墨烯；C）快速冷却至常温，使铜收缩与石墨烯之间产生缝隙；D）用氧化剂使铜生成化合物；E）分离干燥石墨烯，铜化合物循环利用。该方法操作简单，适用于大规模生产，采用的催化剂可循环利用，成本低，生成的石墨烯粉体可应用到复合材料领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备石墨烯的方法,尤其涉及一种石墨烯的催化制备方法。
背景技术
石墨烯是由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体，是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料。大面积、高质量的石墨烯在精密的微电子领域得到良好的应用；将石墨烯制成粉体则有利于石墨烯在复合材料中广泛应用。
目前制备石墨烯的方法主要有机械剥离法、SiC外延生长法、、氧化还原法和化学气相沉积法。机械剥离法操作简单，得到的石墨烯通常保持着完整的晶体结构，但是生产效率低。氧化还原法操作简单，产量高，但是强氧化剂会严重破坏石墨烯的电子结构以及晶体的完整性，影响电子性质。SiC外延法可以获得高质量的石墨烯，但对设备要求较高，难以实现大规模生产。化学气相沉积法（CVD）可得到大尺寸高质量的石墨烯薄膜，但难满足大规模功能性复合材料领域的需求。
发明内容
本发明提出一种石墨烯的催化制备方法，该方法操作简单，适用于大规模生产，采用的催化剂可循环利用，成本低，生成的石墨烯可应用到复合材料领域。
本发明提出一种一种石墨烯的催化制备方法，包括以下步骤：
A）铜化合物与还原剂反应制得铜粉；
B）将铜粉升至反应温度，通入气态碳源，气态碳源在铜的催化下裂解生成碳原子吸附于铜表面，生长成石墨烯；
C）快速冷却至常温，使铜收缩与石墨烯之间产生缝隙；
D）用氧化剂使铜生成化合物；
E）分离干燥石墨烯，铜化合物循环利用。
优选的，所述铜化合物包括氧化铜、氯化铜或硫酸铜。
优选的，所述还原剂包括氢气、碳、铁或铝。
优选的，所述铜粉为微米或毫米级别。
优选的，所述气态碳源为烃类气体。
优选的，所述烃类气体包括甲烷、乙烯或乙炔。
优选的，所述反应温度为600~1200℃。
优选的，所述氧化剂包括浓硫酸、硝酸或浓硝酸。
本发明提出一种石墨烯的催化制备方法，其有益效果包括：该方法操作简单，适用于大规模生产，采用的催化剂可循环利用，成本低，生成的石墨烯粉体可应用到复合材料领域。
具体实施方式
实施例1：
本实施例的一种石墨烯的催化制备方法，包括以下步骤：
A）选用微米或毫米级别的氧化铜粉末与氢气反应，往反应器中通入氢气排尽空气，将温度升至200~300℃，反应完全后，抽出反应器中的剩余未反应的氢气及反应生成的水蒸气，得到铜粉。
B）将步骤A）制得的铜粉升温至970℃，通入甲烷，甲烷在铜的催化下裂解生成碳原子吸附于铜表面，生长成石墨烯。
C）快速冷却至常温，使铜收缩与石墨烯之间产生缝隙。
D）完成上述冷却步骤后，用硝酸浸泡洗去铜粉。
E）将步骤D）生成的产物进行固液分离，优选的，所述固液分离可先采用高速离心，使石墨烯浮于溶液上层，分液得到石墨烯和硝酸铜溶液。将分液得到的石墨烯用去离子水清洗后进行干燥，优选的干燥方法为烘干，烘干温度优选为50~100℃。烘干后得到石墨烯粉体。将分液得到的硝酸铜加热分解得到氧化铜，氧化铜在步骤A）循环使用。
实施例2：
本实施例的一种石墨烯的催化制备方法，包括以下步骤：
A）通过氯化铜溶液与铁反应，制得铜粉。
B）将步骤A）制得的铜粉升温至800℃，通入乙炔，乙炔在铜的催化下裂解生成碳原子吸附于铜表面，生长成石墨烯。
C）快速冷却至常温，使铜收缩与石墨烯之间产生缝隙。
D）完成上述冷却步骤后，用硝酸浸泡洗去铜粉。
E）将步骤D）生成的产物进行固液分离，优选的，所述固液分离可先采用高速离心，使石墨烯浮于溶液上层，分液得到石墨烯和硝酸铜溶液。将分液得到的石墨烯用去离子水清洗后进行干燥，优选的干燥方法为烘干，烘干温度优选为50~100℃。烘干后得到石墨烯粉体。将分液得到的硝酸铜与铁反应制得铜粉，循环利用。
实施例3：
本实施例的一种石墨烯的催化制备方法，包括以下步骤：
A）通过硫酸铜溶液与铁反应，制得铜粉。
B）将步骤A）制得的铜粉升温至1050℃，通入乙烯，乙烯在铜的催化下裂解生成碳原子吸附于铜表面，生长成石墨烯。
C）快速冷却至常温，使铜收缩与石墨烯之间产生缝隙。
D）完成上述冷却步骤后，用硝酸浸泡洗去铜粉。
E）将步骤D）生成的产物进行固液分离，优选的，所述固液分离可先采用高速离心，使石墨烯浮于溶液上层，分液得到石墨烯和硝酸铜溶液。将分液得到的石墨烯用去离子水清洗后进行干燥，优选的干燥方法为烘干，烘干温度优选为50~100℃。烘干后得到石墨烯粉体。将分液得到的硝酸铜与铁反应制得铜粉，循环利用。
上述优选实施方式应视为本申请方案实施方式的举例说明，凡与本申请方案雷同、近似或以此为基础作出的技术推演、替换、改进等，均应视为本专利的保护范围。
Claims (8)
1.一种石墨烯的催化制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A）铜化合物与还原剂反应制得铜粉；
B）将铜粉升至反应温度，通入气态碳源，气态碳源在铜的催化下裂解生成碳原子吸附于铜表面以生长成石墨烯；
C）快速冷却至常温，使铜收缩与石墨烯之间产生缝隙；
D）用氧化剂使铜生成化合物；
E）分离干燥石墨烯，铜化合物循环利用。
2.根据权利要求1所述一种石墨烯的催化制备方法，其特征在于，所述铜化合物包括氧化铜、氯化铜或硫酸铜。
3.根据权利要求1所述一种石墨烯的催化制备方法，其特征在于，所述还原剂包括氢气、碳、铁或铝。
4.根据权利要求1所述一种石墨烯的催化制备方法，其特征在于，所述铜粉为微米或毫米级别。
5.根据权利要求1所述一种石墨烯的催化制备方法，其特征在于，所述气态碳源为烃类气体。
6.根据权利要求5所述一种石墨烯的催化制备方法，其特征在于，所述烃类气体包括甲烷、乙烯或乙炔。
7.根据权利要求1所述一种石墨烯的催化制备方法，其特征在于，所述反应温度为600~1200℃。
8.根据权利要求1所述一种石墨烯的催化制备方法，其特征在于，所述氧化剂包括浓硫酸、硝酸或浓硝酸。
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|---|---|
| CN (1) | CN106044751A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109767992A (zh) * | 2019-01-16 | 2019-05-17 | 深圳天元羲王材料科技有限公司 | 散热器散热层制备方法及散热器 |
| CN110756794A (zh) * | 2018-07-27 | 2020-02-07 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种石墨烯钨铜合金及其制备和应用 |
| CN114933298A (zh) * | 2022-06-24 | 2022-08-23 | 中山烯利来设备科技有限公司 | 一种石墨烯的制造方法 |
| CN116356192A (zh) * | 2023-04-10 | 2023-06-30 | 松山湖材料实验室 | 石墨烯复合金属材料及其制备方法和制备装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102092710A (zh) * | 2010-12-17 | 2011-06-15 | 中国科学院化学研究所 | 一种规则石墨烯及其制备方法 |
| CN102583338A (zh) * | 2012-01-20 | 2012-07-18 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 高质量石墨烯粉末及其制备方法 |
| CN104030277A (zh) * | 2014-06-11 | 2014-09-10 | 苏州斯迪克新材料科技股份有限公司 | 化学气相沉积法制备石墨烯 |
-
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102092710A (zh) * | 2010-12-17 | 2011-06-15 | 中国科学院化学研究所 | 一种规则石墨烯及其制备方法 |
| CN102583338A (zh) * | 2012-01-20 | 2012-07-18 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 高质量石墨烯粉末及其制备方法 |
| CN104030277A (zh) * | 2014-06-11 | 2014-09-10 | 苏州斯迪克新材料科技股份有限公司 | 化学气相沉积法制备石墨烯 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110756794A (zh) * | 2018-07-27 | 2020-02-07 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种石墨烯钨铜合金及其制备和应用 |
| CN109767992A (zh) * | 2019-01-16 | 2019-05-17 | 深圳天元羲王材料科技有限公司 | 散热器散热层制备方法及散热器 |
| CN114933298A (zh) * | 2022-06-24 | 2022-08-23 | 中山烯利来设备科技有限公司 | 一种石墨烯的制造方法 |
| CN116356192A (zh) * | 2023-04-10 | 2023-06-30 | 松山湖材料实验室 | 石墨烯复合金属材料及其制备方法和制备装置 |
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