CN107235485B - 石墨烯的制备方法 - Google Patents

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Abstract

石墨烯的制备方法包括以下步骤：a)将石墨材料作为阳极材料，酸和双氧水的混合溶液作为电解液，进行电解反应实现对阳极材料的电化学剥离；b)将步骤a中反应后的电解液进行固液分离并洗涤，以提取出分散在电解液中的石墨烯前驱体，再将提取出的石墨烯前驱体进行烘干处理得到石墨烯样品；c)将步骤b中烘干得到的石墨烯样品溶解于有机溶剂中，再对溶解有石墨烯样品的有机溶剂进行超声处理，获得石墨烯溶液。本发明的石墨烯提供一种制备方法，通过采用双氧水和酸的混合溶液为电解液在电场作用下实现对石墨材料的电化学剥离，实现除杂简单彻底、低成本和无污染制备石墨烯；通过以双氧水为主、酸为辅的电解液，清洁环保，提高产品的纯度和品质。

Description

石墨烯的制备方法
技术领域
本发明涉及石墨烯材料制备技术领域，具体涉及一种石墨烯的制备方法。
背景技术
石墨烯是由单层sp2杂化碳原子排列形成的蜂窝状六角平面二维晶体，在二维平面上，sp2杂化的碳原子通过强的σ键与相邻的三个碳原子连接，剩余的P电子轨道垂直于石墨烯平面，与周围的原子形成大π键，使石墨烯具有良好的导电导热以及机械性能，电子迁移率高达200，000cm2/V.s，电导率达106S/m，热导率可达5000W/m·K，强度可达130GPa。石墨烯的这些优异特性使其在光电子器件、化学电源(如太阳能电池、锂离子电池)、气体传感器、抗静电和散热材料等领域有巨大的潜在应用前景。这要求石墨烯的品质足够好，且可以大规模的生产，然而目前的制备面对产业化应用还存在很大的挑战。首先，通过小分子生长法获得石墨烯的方法如化学气相沉积技术和外延生长法，可以得到高品质的石墨烯材料，但是产率低，能耗大，转移困难，不适合大规模的应用；另外，通过剥离石墨获得石墨烯材料的方法中，除微机械剥离法以外，化学氧化还原法，液相剥离，可以大规模制备石墨烯，但通过化学氧化还原法大量含氧基团连接在石墨烯片层上，导致大量的结构缺陷，使石墨烯的导电导热性能大幅度降低。液相剥离法能够得到高质量的石墨烯材料，也不使用强酸或强氧化剂，但是剥离过程会引入难以除去的溶剂或一些添加剂，而且产率低，效率低，污染大，成本高。现有技术存在一种石墨与以羧酸或含羰基的化合物作为添加物发生局部或插层反应，其边界官能团化或形成插层石墨，再由球磨或者超声方法剥离石墨得到高质量石墨烯的低成本宏量制备方法，这种方法获得的石墨烯缺陷较少，导电性好，且具有一定水溶性，但是面临添加物难以除去，工艺复杂，效率低，污染严重等问题。
针对现有技术的现状，要么高质量低产率高成本，要么低质量高产率重污染，石墨烯产业发展亟需一种大规模、高质量、低成本、绿色无污染的制备技术，突破石墨烯材料瓶颈。而电化学制备石墨烯则是可能的途径之一。相比于氧化还原法，电化学法不需要强氧化剂，取而代之的是电场氧化剥离；相比于化学气相沉积，电化学的产量远远大于气相沉积技术；相比于液相剥离低于5％的产率，电化学法可以获得接近100％的产率。然而现有的电化学技术难以大规模制备高质量石墨烯材料。主要是在已经公开的电化学制备石墨烯的文献和专利中，所使用的电解液一般涉及离子液体、有机溶剂、强酸，以及一些金属离子的溶液。例如，现有技术中存在使用离子液体作为电解液进行阴极插层剥离，可获得2-3层，含氧量为2.5wt.％的石墨烯，但在使用离子液体作为电解液时，碰到的普遍问题是离子液体价格昂贵，复杂的阴阳离子杂质去除很困难等，因而难以产业化。现有技术中还存在采用锂盐为插层剂和碳酸丙烯酯为溶剂的电解液，使锂离子在电解过程中插入到石墨层间进行剥离获得石墨烯，然而操作复杂，剥离后电解液和杂质离子的去除非常麻烦，增加了产业化的成本。此外，现有技术中还存在一种电化学剥离石墨烯的方法，主要就是采用硫酸钾作为电解液，剥离效率高，工艺简单，无污染，大规模但是电解体系中引入了金属离子杂质，硫酸根电解对石墨烯有一定的氧化性，造成了石墨烯的缺陷。也存在采用硫酸铵作为电解液，这种方法获得的产率高达85％，反应时间短。而且还存在一种使用酸做电解液电化学剥离制备石墨烯的方法，然而使用硫酸盐或酸作为电解液，存在大量酸的使用导致的污染污染问题，并且酸的氧化也使所得石墨烯官能化，造成缺陷。
综合分析各种电解液在电化学剥离整个过程中对石墨烯产品的影响，离子液体剥离的效果好，产品质量高，但价格昂贵，后处理复杂，难以产业化大规模应用。有机体系和水系的各种金属离子或一些复杂离子的插层剥离所面临的最大问题就是除杂成本和效果，以及反应过程对所得石墨烯的损害。酸作为电解液也面临酸的清洗问题，对环境的污染问题以及安全问题。所有的这些电解液均有其自身不可避免的缺陷而一直难以实现高质量石墨烯的电化学大规模制备，所以选择一种清洁环保(尽量避免金属离子，减少酸的用量)、高效、便宜，无强氧化作用的电解液成为攻克电化学制备高质量石墨烯技术的关键所在。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种方便除杂、环保节能且低成本的石墨烯的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种石墨烯的制备方法，包括以下步骤：
a)将石墨材料作为阳极材料，酸和双氧水的混合溶液作为电解液，进行电解反应实现对阳极材料的电化学剥离；
b)将步骤a中反应后的电解液进行固液分离并洗涤，以提取出分散在电解液中的石墨烯前驱体，再将提取出的石墨烯前驱体进行烘干处理得到石墨烯样品；
c)将步骤b中烘干得到的石墨烯样品溶解于有机溶剂中，再对溶解有石墨烯样品的有机溶剂进行超声处理，获得石墨烯溶液。
优选地，在步骤a的所述电解反应的进行过程中伴随着磁子搅拌，磁子搅拌的转速为50～500r/min。
优选地，步骤a中所述电解反应的恒定电压为5～30V，电解液的温度为10～30℃。
优选地，步骤a中所述电解反应的阴极为铂片，阳极和阴极的距离为0.5～5cm，电解反应的时间为1～180分钟。
优选地，步骤a的所述电解液中过氧化氢与酸的摩尔浓度比为2∶1～50∶1。
优选地，步骤b中所述烘干处理的温度为60-200℃，时间为2-24小时。
优选地，步骤c中所述超声处理的时间为10～60分钟。
优选地，步骤a中所述酸为硫酸、硝酸、盐酸、柠檬酸、草酸、磷酸、溴酸、碘酸、氢氟酸、硼酸、酒石酸、苹果酸、苯甲酸、水杨酸和咖啡酸中的任意一种或多种。
优选地，所述石墨材料为石墨片、鳞片石墨、石墨箔、石墨棒和高定向热解石墨中的任意一种或多种加工而成的块体石墨材料。
优选地，步骤c中所述有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮和二甲基亚砜中的任意一种或多种。
本发明的石墨烯的制备方法，通过采用双氧水和酸的混合溶液为电解液在电场作用下实现对石墨材料的电化学剥离，可以实现除杂简单彻底、低成本和无污染制备石墨烯；通过以双氧水为主、酸为辅的电解液，制备过程不涉及金属离子以及减少酸的用量，清洁环保，降低最终产物的氧化度和缺陷，保障最终产物的层数少且片层尺寸大，同时可以洗涤实现彻底除去残留在中间产物上的电解液，除杂简单且彻底，提高产品的纯度和品质；此外，整个工艺流程的反应条件温和，能耗低，节省生产成本，如电压为5-30V，电解液的温度可以是室温无需加热或降温，即可实现对石墨材料的电化学剥离，便于实现大规模制备石墨烯，降低能耗和提高石墨烯的质量。
附图说明
图1为实施例一所获得的石墨烯的扫描电子显微镜图；
图2为实施例一所获得的石墨烯的扫描电子显微镜图；
图3为实施例一所获得的石墨烯的透射电子显微镜下的选区电子衍射图；
图4为实施例一所获得的石墨烯分散于N-甲基吡咯烷酮中的丁达尔效应图；
图5为实施例一所获得的石墨烯的拉曼光谱图；
图6为实施例一所获得的石墨烯的X射线光电子能谱分析图。
具体实施方式
以下结合附图1至6给出的实施例，进一步说明本发明的石墨烯的制备方法的具体实施方式。本发明的石墨烯的制备方法不限于以下实施例的描述。
本发明的石墨烯的制备方法包括以下步骤：
a)将石墨材料作为阳极材料，酸和双氧水的混合溶液作为电解液，进行电解反应实现对阳极材料的电化学剥离；
b)将步骤a中反应后的电解液进行固液分离并洗涤，以提取出分散在电解液中的石墨烯前驱体，再将提取出的石墨烯前驱体进行烘干处理得到石墨烯样品；
c)将步骤b中烘干得到的石墨烯样品溶解于有机溶剂中，再对溶解有石墨烯样品的有机溶剂进行超声处理，获得石墨烯溶液。
其中，步骤a中所述酸可以选自硫酸、硝酸、盐酸、柠檬酸、草酸、磷酸、溴酸、碘酸、氢氟酸、硼酸、酒石酸、苹果酸、苯甲酸、水杨酸和咖啡酸中的任意一种或多种。所述石墨材料为石墨片、鳞片石墨、石墨箔、石墨棒和高定向热解石墨中的任意一种或多种加工而成的块体石墨材料。步骤c中所述有机溶剂可以选自N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮和二甲基亚砜中的任意一种或多种。可以采用石墨或铂片等导电材料作为步骤a中电解反应的阴极。
本发明的石墨烯的制备方法，通过采用双氧水和酸的混合溶液为电解液在电场作用下实现对石墨材料的电化学剥离，可以实现除杂简单彻底、低成本和无污染制备石墨烯；通过以双氧水为主、酸为辅的电解液，双氧水在一般情况下会分解成水和氧气，但分解速度极其慢，且本身无毒和易溶于水，加快双氧水分解的办法是加入催化剂，如添加少部分的酸，既可以加速双氧水的分解，也可以抑制双氧水产生能氧化石墨烯的羟基自由基和过氧自由基，同时电解液可选择为水相，更加环保清洁，另外，制备过程不涉及金属离子以及减少酸的用量，清洁环保，降低最终产物的氧化度和缺陷，保障最终产物的层数少且片层尺寸大，同时可以通过去离子水洗涤实现彻底除去残留在中间产物上的电解液，除杂简单且彻底，提高产品的纯度和品质；此外，整个工艺流程的反应条件温和，能耗低，节省生产成本，如电压为5-30V，电解液的温度可以是室温无需加热或降温，即可实现对石墨材料的电化学剥离，便于实现大规模制备石墨烯，降低能耗和提高石墨烯的质量。
本发明电化学剥离制备石墨烯的原理是：在电场的作用下，酸发生电离生成酸根离子，且电离出的酸根离子向作为阳极的石墨材料移动并均匀地插入到石墨材料的层间隙里为双氧水插层到石墨材料里创造条件；在电场和酸根离子的共同作用下使双氧水插层到石墨材料的层间隙里，且插层在石墨材料内的双氧水发生电解产生大量的气体，这些气体在石墨材料的层间隙里不断地膨胀集聚，最终将石墨烯从石墨材料中均匀地剥离出来。此外，电解液中氢离子的存在可以抑制双氧水产生氧化性强的羟基自由基和过氧自由基，从而保证了整个石墨烯的制备过程高效、绿色环保、无氧化、低成本、无杂质，得到高质量的石墨烯。基于大量电子显微照片和拉曼数据的判断，所得到的石墨烯厚度为1-10个原子层，含氧量低于5at.％。
本发明的石墨烯的制备方法的具体实施例。
实施例一
本实施例依次采用以下步骤制备石墨烯。
步骤a：
将重量为5克、厚度为1mm的石墨片作为阳极，10cm*10cm*0.3mm的石墨作为阴极，200mL的硫酸和双氧水的混合溶液作为电解液，进行电解反应实现对阳极材料的电化学剥离，其中，双氧水为过氧化氢的水溶液，双氧水可以使用市售的30％的双氧水，在该电解液中过氧化氢的摩尔浓度为5M，硫酸的摩尔浓度为1M，即过氧化氢与硫酸的摩尔浓度比为5∶1；在电解反应中，阳极和阴极的距离为2cm，电压恒定在10V，并伴随着磁子搅拌，磁子搅拌的转速为50r/min，且电解液通过循环制冷系统将温度恒定在25℃，对石墨片进行电化学剥离5分钟，获得石墨烯前驱体。
步骤b：
将步骤a中反应后的电解液抽滤，并同时用水冲洗残留在滤饼上的电解液，以提取出分散在电解液中的石墨烯前驱体，冲洗滤饼的水可采用去离子水以避免带来新的杂质，可回收过滤后的电解液，再将提取出的石墨烯前驱体在60℃下烘干处理5小时，得到纯净的石墨烯样品。
步骤c：
将步骤b中烘干得到的石墨烯样品溶解于有机溶剂中，有机溶剂采用N-甲基吡咯烷酮，再对溶解有石墨烯样品的有机溶剂进行超声处理30分钟，即可获得石墨烯溶液。
所得的石墨烯溶液扫描电子显微镜测试结果如图1和图2所示，分别展示这种高品质石墨烯微观边缘和宏观整个片层形貌；透射电镜下的选取电子衍射结果如图3所示，展示了石墨烯良好的结晶性能；石墨烯分散于N-甲基吡咯烷酮(NMP)中的丁达尔效应图如图4所示，显示了在有机溶剂中很好分散性能；拉曼结果如图5所示，揭示了这种石墨烯的低缺陷；X射线光电子能谱分析结果如图6所示，论证了该石墨烯的含氧量低。所得到的石墨烯厚度为1-10个原子层，含氧量为3.2at.％。
实施例二
本实施例依次采用以下步骤制备石墨烯。
步骤a：
将重量为5克、厚度为1mm的高定向热解石墨作为阳极，10cm*10cm*0.3mm的石墨作为阴极，200mL的盐酸和双氧水的混合溶液作为电解液，进行电解反应实现对阳极材料的电化学剥离，其中，双氧水为过氧化氢的水溶液，在该电解液中过氧化氢的摩尔浓度为4M，盐酸的摩尔浓度为0.5M，即过氧化氢与盐酸的摩尔浓度比为8∶1；在电解反应中，阳极和阴极的距离为3cm，电压恒定在5V，并伴随着磁子搅拌，磁子搅拌的转速为150r/min，且电解液通过循环制冷系统将温度恒定在30℃，对高定向热解石墨进行电化学剥离30分钟，获得石墨烯前驱体。
步骤b：
将步骤a中反应后的电解液抽滤，并同时用水冲洗残留在滤饼上的电解液，以提取出分散在电解液中的石墨烯前驱体，冲洗滤饼的水可采用去离子水以避免带来新的杂质，可回收过滤后的电解液，再将提取出的石墨烯前驱体在200℃下烘干处理2小时，得到纯净的石墨烯样品。
步骤c：
将步骤b中烘干得到的石墨烯样品溶解于有机溶剂中，有机溶剂采用N-甲基吡咯烷酮，再对溶解有石墨烯样品的有机溶剂进行超声处理40分钟，即可获得石墨烯溶液。
本实施例所制得的石墨烯厚度为1-6个原子层，含氧量为2.8at.％。
实施例三
本实施例依次采用以下步骤制备石墨烯。
步骤a：
将重量为5克、厚度为1mm的鳞片石墨作为阳极，10cm*10cm*0.3mm的石墨作为阴极，200mL的柠檬酸和双氧水的混合溶液作为电解液，进行电解反应实现对阳极材料的电化学剥离，其中，双氧水为过氧化氢的水溶液，在该电解液中过氧化氢的摩尔浓度为3M，柠檬酸的摩尔浓度为0.5M，即过氧化氢与柠檬酸的摩尔浓度比为6∶1；在电解反应中，阳极和阴极的距离为5cm，电压恒定在20V，并伴随着磁子搅拌，磁子搅拌的转速为200r/min，且电解液通过循环制冷系统将温度恒定在25℃，对鳞片石墨进行电化学剥离90分钟，获得石墨烯前驱体。
步骤b：
将步骤a中反应后的电解液抽滤，并同时用水冲洗残留在滤饼上的电解液，以提取出分散在电解液中的石墨烯前驱体，冲洗滤饼的水可采用去离子水以避免带来新的杂质，可回收过滤后的电解液，再将提取出的石墨烯前驱体在150℃下烘干处理24小时，得到纯净的石墨烯样品。
步骤c：
将步骤b中烘干得到的石墨烯样品溶解于有机溶剂中，有机溶剂采用N-甲基吡咯烷酮，再对溶解有石墨烯样品的有机溶剂进行超声处理30分钟，即可获得石墨烯溶液。
本实施例所制得的石墨烯厚度为6-10个原子层，含氧量为4.0at.％。
实施例四
本实施例依次采用以下步骤制备石墨烯。
步骤a：
将重量为5克、厚度为1mm的石墨箔作为阳极，10cm*10cm的铂片作为阴极，200mL的苯甲酸和双氧水的混合溶液作为电解液，进行电解反应实现对阳极材料的电化学剥离，其中，双氧水为过氧化氢的水溶液，在该电解液中过氧化氢的摩尔浓度为2M，苯甲酸的摩尔浓度为1M，即过氧化氢与苯甲酸的摩尔浓度比为2∶1；在电解反应中，阳极和阴极的距离为0.5cm，电压恒定在30V，并伴随着磁子搅拌，磁子搅拌的转速为300r/min，且电解液通过循环制冷系统将温度恒定在25℃，对石墨箔进行电化学剥离60分钟，获得石墨烯前驱体。
步骤b：
将步骤a中反应后的电解液抽滤，并同时用水冲洗残留在滤饼上的电解液，以提取出分散在电解液中的石墨烯前驱体，冲洗滤饼的水可采用去离子水以避免带来新的杂质，可回收过滤后的电解液，再将提取出的石墨烯前驱体在100℃下烘干处理20小时，得到纯净的石墨烯样品。
步骤c：
将步骤b中烘干得到的石墨烯样品溶解于有机溶剂中，有机溶剂采用N-甲基吡咯烷酮，再对溶解有石墨烯样品的有机溶剂进行超声处理10分钟，即可获得石墨烯溶液。
本实施例所制得的石墨烯厚度为8-10个原子层，含氧量为3.7at.％。
实施例五
本实施例依次采用以下步骤制备石墨烯。
步骤a：
将重量为5克、厚度为1mm的石墨棒作为阳极，10cm*10cm的铂片作为阴极，200mL的溴酸和双氧水的混合溶液作为电解液，进行电解反应实现对阳极材料的电化学剥离，其中，双氧水为过氧化氢的水溶液，在该电解液中过氧化氢的摩尔浓度为25M，溴酸的摩尔浓度为0.5M，即过氧化氢与溴酸的摩尔浓度比为50∶1；在电解反应中，阳极和阴极的距离为2cm，电压恒定在5V，并伴随着磁子搅拌，磁子搅拌的转速为350r/min，且电解液通过循环制冷系统将温度恒定在30℃，对石墨棒进行电化学剥离10分钟，获得石墨烯前驱体。
步骤b：
将步骤a中反应后的电解液抽滤，并同时用水冲洗残留在滤饼上的电解液，以提取出分散在电解液中的石墨烯前驱体，冲洗滤饼的水可采用去离子水以避免带来新的杂质，可回收过滤后的电解液，再将提取出的石墨烯前驱体在200℃下烘干处理5小时，得到纯净的石墨烯样品。
步骤c：
将步骤b中烘干得到的石墨烯样品溶解于有机溶剂中，有机溶剂采用N-甲基吡咯烷酮，再对溶解有石墨烯样品的有机溶剂进行超声处理60分钟，即可获得石墨烯溶液。
本实施例所制得的石墨烯厚度为1-5个原子层，含氧量为3.4at.％。
实施例六
本实施例依次采用以下步骤制备石墨烯。
步骤a：
将重量为5克、厚度为1mm的石墨片作为阳极，10cm*10cm的铂片作为阴极，200mL的硫酸和双氧水的混合溶液作为电解液，进行电解反应实现对阳极材料的电化学剥离，其中，双氧水为过氧化氢的水溶液，在该电解液中过氧化氢的摩尔浓度为5M，硫酸的摩尔浓度为0.5M，即过氧化氢与硫酸的摩尔浓度比为10∶1；在电解反应中，阳极和阴极的距离为3cm，电压恒定在10V，并伴随着磁子搅拌，磁子搅拌的转速为400r/min，且电解液通过循环制冷系统将温度恒定在25℃，对石墨片进行电化学剥离15分钟，获得石墨烯前驱体。
步骤b：
将步骤a中反应后的电解液抽滤，并同时用水冲洗残留在滤饼上的电解液，以提取出分散在电解液中的石墨烯前驱体，冲洗滤饼的水可采用去离子水以避免带来新的杂质，可回收过滤后的电解液，再将提取出的石墨烯前驱体在60℃下烘干处理24小时，得到纯净的石墨烯样品。
步骤c：
将步骤b中烘干得到的石墨烯样品溶解于有机溶剂中，有机溶剂采用N-甲基吡咯烷酮，再对溶解有石墨烯样品的有机溶剂进行超声处理30分钟，即可获得石墨烯溶液。
本实施例所制得的石墨烯厚度为2-5个原子层，含氧量为2.5at.％。
实施例七
本实施例依次采用以下步骤制备石墨烯。
步骤a：
将重量为5克、厚度为1mm的石墨片作为阳极，10cm*10cm的铂片作为阴极，200mL的酒石酸和双氧水的混合溶液作为电解液，进行电解反应实现对阳极材料的电化学剥离，其中，双氧水为过氧化氢的水溶液，在该电解液中过氧化氢的摩尔浓度为2M，酒石酸的摩尔浓度为1M，即过氧化氢与酒石酸的摩尔浓度比为2∶1；在电解反应中，阳极和阴极的距离为1cm，电压恒定在10V，并伴随着磁子搅拌，磁子搅拌的转速为50r/min，且电解液通过循环制冷系统将温度恒定在10℃，对石墨片进行电化学剥离1分钟，获得石墨烯前驱体。
步骤b：
将步骤a中反应后的电解液抽滤，并同时用水冲洗残留在滤饼上的电解液，以提取出分散在电解液中的石墨烯前驱体，冲洗滤饼的水可采用去离子水以避免带来新的杂质，可回收过滤后的电解液，再将提取出的石墨烯前驱体在60℃下烘干处理2小时，得到纯净的石墨烯样品。
步骤c：
将步骤b中烘干得到的石墨烯样品溶解于有机溶剂中，有机溶剂采用N-甲基吡咯烷酮胺，再对溶解有石墨烯样品的有机溶剂进行超声处理20分钟，即可获得石墨烯溶液。
本实施例所制得的石墨烯的厚度为4-8个原子层，含氧量为3.2at.％。
实施例八
本实施例依次采用以下步骤制备石墨烯。
步骤a：
将重量为5克、厚度为1mm的石墨片作为阳极，10cm*10cm的铂片作为阴极，200mL的草酸和双氧水的混合溶液作为电解液，进行电解反应实现对阳极材料的电化学剥离，其中，双氧水为过氧化氢的水溶液，在该电解液中过氧化氢的摩尔浓度为25M，草酸的摩尔浓度为0.5M，即过氧化氢与草酸的摩尔浓度比为50∶1；在电解反应中，阳极和阴极的距离为1cm，电压恒定在10V，并伴随着磁子搅拌，磁子搅拌的转速为500r/min，且电解液通过循环制冷系统将温度恒定在10℃，对石墨片进行电化学剥离180分钟，获得石墨烯前驱体。
步骤b：
将步骤a中反应后的电解液抽滤，并同时用水冲洗残留在滤饼上的电解液，以提取出分散在电解液中的石墨烯前驱体，冲洗滤饼的水可采用去离子水以避免带来新的杂质，可回收过滤后的电解液，再将提取出的石墨烯前驱体在100℃下烘干处理24小时，得到纯净的石墨烯样品。
步骤c：
将步骤b中烘干得到的石墨烯样品溶解于有机溶剂中，有机溶剂采用二甲基亚砜，再对溶解有石墨烯样品的有机溶剂进行超声处理50分钟，即可获得石墨烯溶液。
本实施例所制得的石墨烯的厚度为1-3个原子层，含氧量为3.9at.％。
当然，本发明的石墨烯制备过程的步骤b中石墨烯前驱体的提取也可以通过先离心分离处理，再用去离子水反复洗涤来实现。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种石墨烯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)将石墨材料作为阳极材料，酸和双氧水的混合溶液作为电解液，进行电解反应实现对阳极材料的电化学剥离；
b)将步骤a中反应后的电解液进行固液分离并洗涤，以提取出分散在电解液中的石墨烯前驱体，再将提取出的石墨烯前驱体进行烘干处理得到石墨烯样品；
c)将步骤b中烘干得到的石墨烯样品溶解于有机溶剂中，再对溶解有石墨烯样品的有机溶剂进行超声处理，获得石墨烯溶液。
2.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，在步骤a的所述电解反应的进行过程中伴随着磁子搅拌，磁子搅拌的转速为50～500r/min。
3.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤a中所述电解反应的恒定电压为5～30V，电解液的温度为10～30℃。
4.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤a中所述电解反应的阴极为铂片，阳极和阴极的距离为0.5～5cm，电解反应的时间为1～180分钟。
5.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤a的所述电解液中过氧化氢与酸的摩尔浓度比为2∶1～50∶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，步骤b中所述烘干处理的温度为60-200℃，时间为2-24小时。
7.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤c中所述超声处理的时间为10～60分钟。
8.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤a中所述酸为硫酸、硝酸、盐酸、柠檬酸、草酸、磷酸、溴酸、碘酸、氢氟酸、硼酸、酒石酸、苹果酸、苯甲酸、水杨酸和咖啡酸中的任意一种或多种。
9.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述石墨材料为石墨片、鳞片石墨、石墨箔、石墨棒和高定向热解石墨中的任意一种或多种加工而成的块体石墨材料。
10.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤c中所述有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮和二甲基亚砜中的任意一种或多种。
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