CN108640108A - 一种石墨烯制备方法 - Google Patents

一种石墨烯制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108640108A
CN108640108A CN201810792052.5A CN201810792052A CN108640108A CN 108640108 A CN108640108 A CN 108640108A CN 201810792052 A CN201810792052 A CN 201810792052A CN 108640108 A CN108640108 A CN 108640108A
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphene
preparation
crystalline flake
graphene oxide
flake graphite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810792052.5A
Other languages
English (en)
Inventor
孙婷
赵丰
孙凯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Anyang Normal University
Original Assignee
Anyang Normal University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Anyang Normal University filed Critical Anyang Normal University
Priority to CN201810792052.5A priority Critical patent/CN108640108A/zh
Publication of CN108640108A publication Critical patent/CN108640108A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/182—Graphene
    • C01B32/184—Preparation
    • C01B32/19—Preparation by exfoliation
    • C01B32/192—Preparation by exfoliation starting from graphitic oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2204/00—Structure or properties of graphene
    • C01B2204/20—Graphene characterized by its properties
    • C01B2204/22—Electronic properties

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

一种石墨烯制备方法，首选将石墨粉经过氧化反应制备成氧化石墨烯水溶液，再由石墨烯水溶液还原反应制备石墨烯粉末，本发明中首先对氧化石墨进行超声分离之后形成游离的氧化石墨烯，同时采用还原剂维生素C作为还原剂剂，避免了采用水合肼等有毒还原剂带来的环境污染问题，反应之后的溶液处理更为简单，同时实验表明维生素C还具有封顶剂的效果，在反应过程中无需再加入任何封顶剂或表面活性剂，减少了生产成本和反应步骤；采用L‑色氨酸作为稳定剂还原GO，可以避免实用肼作为还原剂和其他化学稳定剂的生物不容性；通过浓硫酸与硝酸铵混合对鳞片石墨插层，再通过电解水产生大量的高活性氧自由基与鳞片石墨进行反应，制备速度快同时不消耗硫酸。

Description

一种石墨烯制备方法
技术领域
本发明涉及石墨烯材料制备技术领域，尤其是一种石墨烯制备方法。
背景技术
石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料。它几乎是完全透明的，只吸收2.3％的光；导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-6Ω·cm，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料，特别是具有超大的理论比表面积2630m2/g，而氧化石墨烯还原法是应用最多的一种制备石墨烯的方法，氧化石墨烯还原是对SP2连接的石墨烯大π键结构进行修复的过程，在这个过程中氧化石墨烯的含氧官能团被部分还原，是石墨烯结构回复，得到具有一定导电能力的石墨烯。。
目前氧化石墨烯主要采用化学反应和热还原，无论选择哪种还原方法，氧化石墨或氧化石墨烯表面的含氧官能团都不能够安全脱除，制备的石墨烯都存在一定的结构缺陷，这些缺陷会导致结构缺陷，也会损害石墨烯的性能，同时现有的将石墨进行氧化与将氧化后的石墨进行还原都存在一定的危险，比如氧化反应时产生的气体容易发生爆炸，化学还原反应中水合肼还原效果较好，但是水合肼本身就具有毒性，同时也会引入C-N键，同时价格也很昂贵，产生的废液也难以处理，污染环境。
发明内容
本发明针对现有的将石墨进行氧化与将氧化后的石墨进行还原都存在一定的危险，比如氧化反应时产生的气体容易发生爆炸，化学还原反应中水合肼还原效果较好，但是水合肼本身就具有毒性，同时也会引入C-N键，同时价格也很昂贵，产生的废液也难以处理，污染环境的问题，提供了一种石墨烯制备方法。
本发明为解决上述技术不足，采用改性的技术方案，具体包括一种石墨烯制备方法，制作工艺步骤如下：
步骤一将鳞片石墨制成氧化石墨烯；
步骤二将步骤一中得到的氧化石墨烯进行超声剥离；
步骤三将步骤二中剥离后的氧化石墨烯与水溶液混合，并加入氨水溶液将溶液PH调制9～10；
步骤四向步骤三的混合溶液中加入还原剂维生素C和稳定剂，搅拌均匀，进行热水浴；
步骤五将步骤四中得到的石墨烯混合溶液，压滤洗涤至pH＝7后进行喷雾干燥，得到石墨烯晶体。
作为本发明的一种优选实施方式，氧化石墨烯水溶液制备工艺如下：
S1取一定量鳞片石墨、浓硫酸和硝酸铵；
S2将S1中的鳞片石墨、浓硫酸、硝酸铵进行混合，加入水溶液中，并搅拌均匀；
S3将S2中混合后的溶液中进行热水浴加热，温度为35～40摄氏度，然后进行电解操作，持续30～40分钟，得到氧化石墨烯；
S4再将S3中得到的氧化石墨烯捞出，水洗，并干燥。
作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤二中进行超声剥离的设备为3000W超声波振动棒+超声波数控驱动电源。
作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤三中加入的氨水溶液质量浓度为25％。
作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤五中压滤装置为立式压滤机。
作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤四中所用稳定剂为L-色氨酸，且温度保持均衡。
作为本发明的一种优选实施方式，所述S1中鳞片石墨、浓硫酸和硝酸铵的比例为1：4～6:1。
作为本发明的一种优选实施方式，所述S2中鳞片石墨、浓硫酸和硝酸铵的混合溶液与水溶液的质量比为1:2。
本发明所达到的有益效果是：本发明中首先对氧化石墨进行超声分离之后形成游离的氧化石墨烯，同时采用还原剂维生素C作为还原剂，维生素C是一种无毒的水溶性还原剂，避免了采用水合肼等有毒还原剂带来的环境污染问题，反应之后的溶液处理更为简单，同时实验表明维生素C还具有封顶剂的效果，在反应过程中无需再加入任何封顶剂或表面活性剂，减少了生产成本和反应步骤；采用L-色氨酸作为稳定剂还原GO，可以避免实用肼作为还原剂和其他化学稳定剂的生物不容性，同时可以使石墨烯分散梯稳定，早呢更加其导电率；通过浓硫酸与硝酸铵混合对鳞片石墨插层，再通过电解水产生大量的高活性氧自由基与鳞片石墨进行反应，制备速度快同时不消耗硫酸，混合溶液在补充水后可持续使用，减少资源的浪费，同时产生的气体无毒且不会发生爆炸的危险，更加安全可靠。
具体实施方式
一种石墨烯制备方法，烯制备方法，制作工艺步骤如下：
步骤一将鳞片石墨制成氧化石墨烯；
步骤二将步骤一中得到的氧化石墨烯进行超声剥离；
步骤三将步骤二中剥离后的氧化石墨烯与水溶液混合，并加入氨水溶液将溶液PH调制9～10；
步骤四向步骤三的混合溶液中加入还原剂维生素C和稳定剂，搅拌均匀，进行热水浴；
步骤五将步骤四中得到的石墨烯混合溶液，压滤洗涤至pH＝7后进行喷雾干燥，得到石墨烯晶体。
实施例1
作为本发明的一种优选实施方式，氧化石墨烯水溶液制备工艺如下；
S1取一定量鳞片石墨、浓硫酸和硝酸铵；
S2将S1中的鳞片石墨、浓硫酸、硝酸铵进行混合，加入水溶液中，并搅拌均匀；
S3将S2中混合后的溶液中进行热水浴加热，温度为35～40摄氏度，然后进行电解操作，持续30～40分钟，得到氧化石墨烯；
S4再将S3中得到的氧化石墨烯捞出，水洗，并干燥。
本实施例中采用插层法增大鳞片石墨内部的分散距离，增加其与氧自由基反应的效率，同时采用电解水的方式产生氧自由基与鳞片石墨进行反应生成氧化石墨过程中，硫酸作为反应的催化物质不被消耗，使得混合的溶液可多次利用，同时反应过程中不会产生有毒物质以及在反应过程中不存在爆炸的危险，操作更加安全，只需要向反应溶液中补充水即可，降低了生产成本。
实施例2
作为本发明的一种优选实施方式，步骤二中进行超声剥离的设备为3000W超声波振动棒+超声波数控驱动电源。
本实施例中超声剥离设备采用专业的设备对氧化石墨进行剥离，使得剥离效果更佳，同时超声剥离更加有利于还原剂作用在GO上，还原效果更加，使得石墨烯的产量更高。
实施例3
作为本发明的一种优选实施方式，步骤三中加入的氨水溶液质量浓度为25％。
本实施例中氨水溶液作为调节反应PH的注入物质，浓度为25％便于调节PH大小。
实施例4
作为本发明的一种优选实施方式，步骤五中压滤装置为立式压滤机。
本实施例中立式压滤机独特的各滤室单独注浆，确保了全部滤室同步入料，滤板受力均匀，料浆注满滤室时间短，过滤速度大大优于中心入料的快开压滤机，同时采用高压隔膜挤压+高压风吹风干燥，大幅度降低滤饼水分。
实施例5
作为本发明的一种优选实施方式，步骤四中所用稳定剂为L-色氨酸，且温度保持均衡。
本实施例中L-色氨酸做稳定剂还原GO，基于π-π相互作用理论，L-色氨酸包含有富电子吲哚的芳香族基团，可作为电子功能供体，其分子端部羧酸可提供足够的负电荷和静电斥力可以使石墨烯分散体稳定，比还原前导电率增大6个数量级，同时L-色氨酸作稳定剂成功地避免使用肼作为还原剂和其他化学稳定剂的生物不相容性。
实施例6
作为本发明的一种优选实施方式，S1中鳞片石墨、浓硫酸和硝酸铵的比例为1：4～6:1。
本实施例中的比例经实验表明更有利于对鳞片石墨进行分层，增加后续会的氧化效果。
作为本发明的一种优选实施方式，S2中鳞片石墨、浓硫酸和硝酸铵的混合溶液与水溶液的质量比为1:2。
在本实施例中水溶液作为消耗的产物，在不影响反应效率的情况下，保持混合溶液与水溶液的质量比为1:2，更加有利于氧化反应的进行。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种石墨烯制备方法，其特征在于，制作工艺步骤如下：
步骤一将鳞片石墨制成氧化石墨烯；
步骤二将步骤一中得到的氧化石墨烯进行超声剥离；
步骤三将步骤二中剥离后的氧化石墨烯与水溶液混合，并加入氨水溶液将溶液PH调制9～10；
步骤四向步骤三的混合溶液中加入还原剂维生素C和稳定剂，搅拌均匀，进行热水浴；
步骤五将步骤四中得到的石墨烯混合溶液，压滤洗涤至pH＝7后进行喷雾干燥，得到石墨烯晶体。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯制备方法，其特征在于，鳞片制成氧化石墨烯的步骤如下：
S1取一定量鳞片石墨、浓硫酸和硝酸铵；
S2将S1中的鳞片石墨、浓硫酸、硝酸铵进行混合，加入水溶液中，并搅拌均匀；
S3将S2中混合后的溶液中进行热水浴加热，温度为35～40摄氏度，然后进行电解操作，持续30～40分钟，得到氧化石墨烯；
S4再将S3中得到的氧化石墨烯捞出，水洗，并干燥。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯制备方法，其特征在于:所述步骤二中进行超声剥离的设备为3000W超声波振动棒+超声波数控驱动电源。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯制备方法，其特征在于:所述步骤三中加入的氨水溶液质量浓度为25％。
5.根据权利要求1所述的一种石墨烯制备方法，其特征在于：所述步骤四中所用稳定剂为L-色氨酸。
6.根据权利要求1所述的一种石墨烯制备方法，其特征在于：所述步骤五中压滤装置为立式压滤机。
7.根据权利要求2所述的一种石墨烯制备法，其特征在于：所述S1中鳞片石墨、浓硫酸和硝酸铵的比例为1：4～6:1。
8.根据权利要求2、7所述的一种石墨烯制备法，其特征在于：所述S2中鳞片石墨、浓硫酸和硝酸铵的混合溶液与水溶液的质量比为1:2。
CN201810792052.5A 2018-07-18 2018-07-18 一种石墨烯制备方法 Pending CN108640108A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810792052.5A CN108640108A (zh) 2018-07-18 2018-07-18 一种石墨烯制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810792052.5A CN108640108A (zh) 2018-07-18 2018-07-18 一种石墨烯制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108640108A true CN108640108A (zh) 2018-10-12

Family

ID=63759851

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810792052.5A Pending CN108640108A (zh) 2018-07-18 2018-07-18 一种石墨烯制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108640108A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109019578A (zh) * 2018-10-16 2018-12-18 上海应用技术大学 一种微波加热还原氧化石墨烯的方法
CN110745820A (zh) * 2019-12-04 2020-02-04 辽宁工程技术大学 一种制备锂离子电池负极材料的无烟煤基微晶石墨提纯方法
CN111704129A (zh) * 2020-07-02 2020-09-25 张德志 一种氧化石墨烯的制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102795622A (zh) * 2012-09-12 2012-11-28 黑龙江大学 一种还原剂还原氧化石墨烯制备石墨烯的方法
CN103539110A (zh) * 2013-10-31 2014-01-29 攀枝花学院 石墨烯的制备方法
CN105016330A (zh) * 2015-07-08 2015-11-04 常州市诚天电子有限公司 一种石墨烯的制备方法
EP2960205A1 (en) * 2014-06-23 2015-12-30 Solvay SA Stable aqueous graphene suspension and its use in producing graphene polymer nanocomposites
CN105347331A (zh) * 2015-11-17 2016-02-24 中南大学 一种规模化制备石墨烯的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102795622A (zh) * 2012-09-12 2012-11-28 黑龙江大学 一种还原剂还原氧化石墨烯制备石墨烯的方法
CN103539110A (zh) * 2013-10-31 2014-01-29 攀枝花学院 石墨烯的制备方法
EP2960205A1 (en) * 2014-06-23 2015-12-30 Solvay SA Stable aqueous graphene suspension and its use in producing graphene polymer nanocomposites
CN105016330A (zh) * 2015-07-08 2015-11-04 常州市诚天电子有限公司 一种石墨烯的制备方法
CN105347331A (zh) * 2015-11-17 2016-02-24 中南大学 一种规模化制备石墨烯的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JIAN GAO等: "Environment-Friendly Method To Produce Graphene That Employs Vitamin C and Amino Acid", 《CHEMISTRY OF MATERIALS》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109019578A (zh) * 2018-10-16 2018-12-18 上海应用技术大学 一种微波加热还原氧化石墨烯的方法
CN110745820A (zh) * 2019-12-04 2020-02-04 辽宁工程技术大学 一种制备锂离子电池负极材料的无烟煤基微晶石墨提纯方法
CN111704129A (zh) * 2020-07-02 2020-09-25 张德志 一种氧化石墨烯的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108640108A (zh) 一种石墨烯制备方法
CN105293476B (zh) 一种大尺寸氧化石墨烯或石墨烯的制备方法
CN106784829B (zh) 一种负载石墨烯与二硫化铁复合物的微生物燃料电池阳极的制备方法
JP5477037B2 (ja) グラフェン膜の製造方法
CN107017093A (zh) 一种磺化石墨烯/Ni(OH)2复合材料的制备方法及用途
CN104030280A (zh) 石墨烯纸的制备方法
CN106832961A (zh) 石墨烯导热硅胶垫的制备方法
CN104817075A (zh) 一种高度分散的氧化石墨烯纳米带液的制备方法
CN101687645B (zh) 碳纳米片的制造方法
CN110028057A (zh) 一种具有稳定分散性的石墨烯浆料及其制备方法
CN104843690A (zh) 一种以汽爆法制备石墨烯的方法
CN107416812B (zh) 一种以核桃壳为碳源制备氧化石墨烯的方法
CN107082416A (zh) 一种基于臭氧氧化制备石墨烯的方法
CN106315566B (zh) 一种石墨烯的制备方法
CN106505219A (zh) 全钒液流电池电极组件
Lescano et al. Development and characterisation of self-assembled graphene hydrogel-based anodes for bioelectrochemical systems
CN104028772B (zh) 一种镍纳米粒子的制备方法
CN103011153B (zh) 石墨烯溶胶及石墨烯的制备方法
CN109824037A (zh) 一种石墨烯气凝胶电极材料的制备方法
KR101282741B1 (ko) 초음파―전기화학적 방법을 이용한 나노박편의 연속적 대량 생산방법
CN114408910A (zh) 一种石墨烯防滑耐磨改性新型材料的制备方法
CN105271208B (zh) 一种石墨烯及其制备方法
CN108428883A (zh) 一种小尺寸边缘修饰石墨烯与硅复合电极材料制备方法
JPH03500528A (ja) β‐炭化珪素の製造方法
JP6901155B2 (ja) グラフェン材料の製作方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20181012

RJ01 Rejection of invention patent application after publication