CN110382416A - 具有低多环芳烃浓度的石墨烯碳纳米粒子及其制备方法 - Google Patents

具有低多环芳烃浓度的石墨烯碳纳米粒子及其制备方法 Download PDF

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Abstract

提供了石墨烯纳米片，其多环芳烃浓度小于约0.7重量％并且，根据通过ASTM B527‑15标准测量的振实密度小于约0.08g/cm3。该石墨烯纳米片的比表面积(B.E.T)大于约250m2/g。还提供了用于生产石墨烯纳米片以及用于从石墨烯纳米片中除去多环芳烃的方法，包括在氧化气氛下，在至少约200℃的温度加热所述石墨烯纳米片。

Description

具有低多环芳烃浓度的石墨烯碳纳米粒子及其制备方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年2月10日提交的US 62/457,472的优先权，US 62/457,472在此通过引用整体并入。
技术领域
本公开涉及石墨烯碳纳米粒子领域，并且更具体地涉及多环芳烃(PAH)含量降低的石墨烯纳米片及其方法。
背景技术
商业上可得的石墨烯可分为3类：在基板上来自化学气相沉积(CVD)的单层石墨烯，来自石墨剥离的多层石墨烯，和使用等离子炬制造的少层石墨烯纳米片。虽然CVD石墨烯具有真正单层石墨烯的品质，但它可能永不能以大量应用所需的量生产。剥离型多层石墨烯，虽然可以适合于储能、填料和导电油墨应用的大量得到，但不具备单层石墨烯的规格或光谱特征，也不能接近对单层石墨烯预期的导电性值。少层石墨烯和多层石墨烯，在本文中也称为石墨烯纳米片，是本公开的关注点。
通过例如美国专利No.8,486,363、8,486,364和9,221,688、美国临时申请no.U.S.62/437,057以及PCT申请no.WO 2015189643A1中所述的等离子体炬工艺，可以大量生产具有类似于单层石墨烯的特征(拉曼光谱和比表面积)的少层石墨烯纳米片，上述申请通过引用整体并入本文。然而，通过等离子体工艺生产石墨烯纳米片导致形成作为副产物的多环芳烃(PAH)，通常浓度范围为约0.1重量％至约2重量％。在这样的工艺中，PAH形成在少层石墨烯纳米片的表面上。
PAH是存在于由气态烃前体的热解产生的碳基粉末上的不希望的化合物，或者当在碳基粉末的生产期间同时存在氢前体和碳前体的混合物时存在。PAH包括许多主要由碳和氢构成的化合物(CXHY)，并且其中碳主要以sp2杂化排列成芳族环构造。PAH也可以含有少量的氧或氮或其他原子。PAH可能是有害的和致癌的并且可能对处理含有PAH的碳纳米粒子的人以及使用含有PAH的产品的消费者造成严重危害(参见Borm P J等人，Formation ofPAH-DNA adducts after in vivo and vitro exposure of rats and lung cells todifferent commercial carbon blacks，Toxicology and Applied Pharmacology，2005年6月1日；205(2)：157-167.)。因此，有法规限制制造的碳粉中存在的PAH的量(例如，EU指令2007/19/EC规定了炭黑中的最大苯并(a)芘含量为0.25mg/kg)。此外，PAH在碳表面上的存在可通过阻塞小孔隙并因此通过降低比表面积而对储能应用中的性能具有不利影响。
此外，由世界海关组织(WCO)制定的协调制度(HS)将许多PAH分类为1B类致癌、致突变或生殖毒性(CMR)物质。因此，新的欧洲REACH法规附录(European REACH Annex)XVII将消费品中PAH的浓度限制在0.0001重量％(或1mg/kg)。
从碳粒子洗涤或清洗掉PAH的湿式化学工艺是已知的。这样的工艺，例如Soxhlet提取，通常需要使用有毒的非极性溶剂，例如甲苯，因为PAH的溶解度非常有限。然而，这类涉及有毒溶剂的工艺导致被PAH污染的溶剂形成的大量废物。因此，湿式化学PAH去除工艺具有负面的环境影响并对不含PAH的最终产品增加了大量成本。因此非常希望开发一种简单的气相(干式)方法来从碳纳米粒子和石墨烯纳米片并且尤其是等离子体生长的石墨烯纳米片中除去PAH，这种方法也是经济的并且不涉及溶剂废物。使用液相工艺还导致碳粉一旦干燥的显著致密化。例如，这样较高的密度可能不利于进一步加工，例如分散。
因此非常希望使用等离子体工艺并且没有后加工地直接生产含有非常低水平的PAH的石墨烯纳米小板。实际上，虽然可以使用湿式化学工艺例如Soxhlet提取洗去PAH，但这给最终的不含PAH的石墨烯材料增加了很多成本。
发明内容
本公开涉及具有低量多环芳烃的石墨烯纳米片。这些石墨烯纳米片不需要经过液相或湿式化学工艺，因此显示出较低的振实密度。本公开进一步涉及制备本公开的石墨烯纳米片的方法。
在一个方面，提供了石墨烯纳米片，其多环芳烃浓度小于约0.7重量％。
在另一个方面，提供了石墨烯纳米片，其多环芳烃浓度小于约0.7重量％并且，根据通过ASTM B527-15标准测量的振实密度小于约0.08g/cm3。
在另一个方面还提供了一种从石墨烯纳米片中除去挥发性杂质的方法，所述方法包括在反应性气氛下，在至少约200℃的温度加热石墨烯纳米片。
在另一个方面，提供了一种用于增加石墨烯纳米片的比表面积(B.E.T.)的方法，其中所述方法包括在氧化性气氛下，在至少约200℃的温度加热石墨烯纳米片。
在另一个方面，提供了一种用于将石墨烯纳米片分散在溶剂中的方法，其中所述方法包括在氧化性气氛下，在至少约200℃的温度加热石墨烯纳米片，并将石墨烯纳米片分散在溶剂中。
在另一个方面，提供了一种用于改善石墨烯纳米片的导电性的方法，其中所述方法包括在氧化性气氛下，在至少约200℃的温度加热石墨烯纳米片。
在一个方面，本文中提供了一种用于生产石墨烯纳米片的等离子体方法，所述方法包括：
以至少60m/s标准温度和压力(STP)的速度将含碳物质注入等离子体的热区以使石墨烯纳米片成核，并用不超过1000℃的淬冷气体使石墨烯纳米片淬冷，以及
在反应性气氛下，在至少约200℃的温度进一步加热石墨烯纳米片。
在另一个方面，本文中提供了一种用于生产石墨烯纳米片的等离子体方法，所述方法包括：
以至少60m/s STP的速度将含碳物质注入等离子体的热区以使石墨烯纳米片成核，并用不超过1000℃的淬冷气体使石墨烯纳米片淬冷，由此产生根据使用514nm的入射激光波长测量为拉曼G/D比大于或等于3且2D/G比大于或等于0.8的石墨烯纳米片，以及
在反应性气氛下，在至少约200℃的温度进一步加热石墨烯纳米片。
在又一方面，本文中提供了一种用于生产石墨烯纳米片的等离子体方法，所述方法包括：
以至少60m/s STP的速度并且以至少75每分钟标准升(slpm)淬冷气体/每分钟注入的摩尔碳的淬冷气体与碳之比，将含碳物质注入等离子体的热区，由此产生石墨烯纳米片，以及
在反应性气氛下，在至少约200℃的温度进一步加热石墨烯纳米片。
在又一方面，本文中提供了一种用于生产石墨烯纳米片的等离子体方法，所述方法包括：
以至少60m/s STP的速度并且以至少1.25slpm的淬冷气体/kW供应的等离子体炬功率的淬冷气体与供应的等离子体炬功率之比，将含碳物质注入等离子体的热区，由此产生石墨烯纳米片，以及
在反应性气氛下，在至少约200℃的温度进一步加热石墨烯纳米片。
在又一个方面，本文中提供了一种用于生产石墨烯纳米片的等离子体方法，所述方法包括：
将含碳物质注入等离子体的热区，含碳物质的注入使用多个喷射口以至少60m/sSTP的速度进行并被引导成，使得注入的含碳物质围绕炬轴线径向分布并在到达淬冷气体之前被稀释，由此产生根据使用514nm的入射激光波长测量为拉曼G/D比大于或等于3且2D/G比大于或等于0.8的石墨烯纳米片，以及
在反应性气氛下，在至少约200℃的温度进一步加热石墨烯纳米片。
本文中提供的另一个方面是一种用于生产石墨烯纳米片的等离子体方法，所述方法包括：
以至少60m/s STP的速度并且以至少1.25slpm的淬冷气体/kW供应的等离子体炬功率的淬冷气体与供应的等离子体炬功率之比，将含碳物质注入等离子体的热区，由此以至少120g/h的速率产生石墨烯纳米片，以及
在反应性气氛下，在至少约200℃的温度进一步加热石墨烯纳米片。
本文中提供的另一个方面是一种用于生产石墨烯纳米片的等离子体方法，所述方法包括：
将含碳物质注入等离子体的热区，含碳物质的注入使用多个喷射口以至少60m/sSTP的速度进行并被引导成，使得注入的含碳物质围绕炬轴线径向分布并在到达淬冷气体之前被稀释，由此以至少120g/h的速率产生石墨烯纳米片，以及
在反应性气氛下，在至少约200℃的温度进一步加热石墨烯纳米片。
本文中提供的又一方面是一种用于生产石墨烯纳米片的等离子体方法，所述方法包括：
以至少60m/s的速度将含碳物质注入等离子体的热区，由此以至少2g/kWh供应的等离子体炬功率的速率产生石墨烯纳米片，以及
在反应性气氛下，在至少约200℃的温度进一步加热石墨烯纳米片。
在又一方面，本文中提供了一种用于生产石墨烯纳米片的等离子体方法，所述方法包括：
以至少60m/s的速度并以大于35kW的供应的等离子体炬功率将含碳物质注入等离子体的热区，由此以至少80g/h的速率产生石墨烯纳米片，以及
在反应性气氛下，在至少约200℃的温度进一步加热石墨烯纳米片。
在又一方面，本文中提供了一种用于生产石墨烯纳米片的等离子体方法，所述方法包括：
将天然气或甲烷以至少60m/s STP的速度注入等离子体的热区以使石墨烯纳米片成核，并用淬冷气体使石墨烯纳米片淬冷，以及进一步
在反应性气氛下，在至少约200℃的温度加热石墨烯纳米片。
已经发现，本文所述的方法有效去除多环芳烃，因此允许经济且大规模地生产具有非常低的PAH含量并且可以安全处理和结合到最终用户应用中的石墨烯纳米片。此外，本文所述的方法对于清洁石墨烯纳米片的表面、增加其比表面积和改善电子沿其表面自由流动的能力是有效的。因此，所述方法有效改善石墨烯纳米片的导电性性质。
本文所述的产品和方法有效增加石墨烯纳米片分散在溶剂中的能力，从而增加了它们在导电应用中的可用性和性能，其中在低负载下的渗滤是有利的。
附图说明
在以下附图中，仅作为示例呈现了本公开的各种实施方式：
图1A是顶视图，图1B是沿图1A的A-A线截取的横截面图，显示了用于进行热处理的热封罩(烘箱)。
图2A(底视图)和图2B(沿图1A的1B-1B线截取的横截面图)显示了用于注入含碳物质的五(5)-孔喷头型喷嘴。
图3是用514nm的入射波长从使用多孔注入器产生的样品得到的拉曼光谱图，其中对于这些注入器孔中的每一个，注入速度大于或等于60m/s STP(标准温度和压力)且注入角相对于等离子体的对称轴是25度。
图4是用514nm的入射波长从使用单孔注入器以低注入速度(小于60m/s STP)产生的样品得到的拉曼光谱图。
图5显示了具有在实施例1中使用的多孔注入器的等离子体炬以及包含不含碳气体和含碳物质的气体的定性流动。
图6显示了具有在实施例2中使用的单孔注入器的等离子体炬以及包含不含碳气体和含碳物质的气体的定性流动。
具体实施方式
如本文所用的表述“石墨烯纳米片”是指褶皱石墨烯纳米片，其具有包含一个或多个叠层的一个原子厚的以蜂窝状晶格排列的sp2键合碳原子片的结构。这些成叠片中的至少一部分是卷曲、弯曲或弯折的，赋予它们3D形态。这样的粒子也称为石墨烯纳米小板(GNP)、石墨烯纳米小片、褶皱石墨烯、少层石墨烯、石墨烯碳粒子或仅称石墨烯。例如，石墨烯纳米片可以指由10层或更少层构成并且根据通过ASTM D 3663-78标准(Brunauer等人)测量为显示高B.E.T.比表面积(≥250m2/g)的粒子。粒子的厚度范围在0.5-10nm之间，宽度通常大于或等于50nm，因此显示出至少5:1但通常大于或等于10:1的高纵横比。当使用拉曼光谱法以514nm的入射激光波长进行分析时，粒子显示典型的D带、G带和2D带(分别位于约1350cm-1、1580cm-1、2690cm-1处)并且G/D比大于或等于3(G/D≥3)并且2D/G比大于或等于0.8(2D/G≥0.8)。用于本文中时，G/D和2D/G比是指这些带的峰强度之比。石墨烯纳米片可以例如由如美国专利No.8,486,363、8,486,364和9,221,688以及临时申请no.U.S.62/437,057中所述的等离子炬工艺制成。这些文献在此通过引用整体并入。
如本文中所用的表述“纵横比”是指石墨烯粒子的最长尺寸与石墨烯粒子的最短尺寸之比。例如，平均宽度为100nm且平均厚度为2nm的石墨烯粒子具有50:1的纵横比。
如本文中所用的表述“多环芳烃”或“PAH”是指在煤、油、气、木材、垃圾或其他有机物质例如烟草和炭烤肉的不完全燃烧期间形成的一组化学物质。有超过100种不同的PAH。PAH通常作为复杂混合物出现(例如，作为燃烧产物例如烟灰的一部分)，不作为单一化合物出现。它们也可以存在于诸如原油、煤、煤焦油沥青、杂酚油和屋顶焦油的物质中。PAH的名单包括但不限于联亚苯、苊烯、菲、蒽、荧蒽、芘、二甲苯、萘、苯并(A)芘(BaP)、苯并[E]芘(BeP)、苯并[a]蒽(BaA)、(CHR)、苯并[b]荧蒽(BbFA)、苯并[j]荧蒽(BjFA)、苯并[k]荧蒽(BkFA)和二苯并[a,h]蒽(DBAhA)。
如本文中所用的表述“反应性气氛”或“反应性环境”是指例如氧化性气氛或还原性气氛。
如本文中所用的术语“氧化性气氛”或“氧化性环境”是指含有至少一种如本文所述的氧化剂的气氛。
如本文中所用的表述“氧化剂”是指气体混合物，其包含但不限于：空气、氧气、臭氧、过氧化物(如过氧化氢)、F2、CO2、H2O、NO2、Cl2，或氧化酸例如醇、硫酸、高氯酸、过硫酸、次卤酸盐(如次氯酸钠)，其混合物。所述气体混合物也可包含稀有气体(例如Ar)或N2。
如本文中所用的表述“还原性气氛”或“还原性环境”是指含有至少一种如本文所述的还原剂的气氛。
如本文中所用的表述“还原剂”是指NH4、H2、H2S、CO，和其混合物。
石墨烯样品中多环芳烃的浓度可以定量测定，例如通过在甲苯中进行Soxhlet提取、然后使用气相色谱质谱法(GC/MS)进行分析，这是定量炭黑样品中的苯并-α-芘(BaP)常用的。标准ASTM D7771-17，“测定炭黑中苯并-α-芘(BaP)含量的标准试验方法(StandardTest Method for Determination of Benzo-α-Pyrene(BaP)Content in CarbonBlack)”，描述了定量碳样品中多环芳烃的标准方法。虽然该标准着重于苯并-α-芘(BaP)，但该测量方法可用于PAH家族的其他化合物。我们报告的PAH百分比浓度是所有检测到的PAH的总和。与ASTM标准的16小时相比，我们的Soxhlet提取通常只有约4-6小时。Soxhlet是为以快速填充/排出循环进行高效率提取而设立的。在提取终止之前，洗脱液是无色的。提取物未被浓缩，而是通过GC/MS直接分析，并与可商购的标准PAH混合物比较。该方法的检测限为约35-90ppm PAH(0.0035-0.0090重量％PAH)。
如本文中所用的表述“振实密度”是指如ASTM标准B527-15“金属粉末和化合物的振实密度的标准测试方法(Standard Test Method for Tap Density of Metal Powdersand Compounds)”所述，通过机械轻敲含有样品的量筒直至观察到几乎没有进一步的体积变化而获得的测量结果。振实密度计算为粉末的质量除以最终体积(例如g/cm3)。
如本文中所用的表述“热产生的”是指通过等离子体方法产生的石墨烯纳米片。实例描述于美国专利No.8,486,363、8,486,364和9,221,688以及临时申请no.U.S.62/437,057中，它们全部在此通过引用整体并入。
当提及振实密度时，如本文中所用的“基本不变”是指在本文中所述的热反应性处理之后，所处理的石墨烯纳米片的振实密度将增加或减少小于约10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％或1％。
如本文中所用的表述“含碳物质”是指包含至少一个碳原子的化合物或物质。
如本文中所用的表述“热区”是指可以例如通过准热等离子体产生的热区，所述准热等离子体是例如，接近局部热力学平衡(LTE)的等离子体，其由例如电感耦合等离子体炬(ICP)、直流等离子体炬(DC-等离子体)、交流等离子体(AC-等离子体)或微波等离子体炬或产生等离子体状态的热气体的任何其它合适的方式形成。等离子体在电子、离子、中性物质和自由基之间频繁碰撞的高压(通常超过100托)下接近LTE。
如本文中所用的术语“供应的等离子体炬功率”是指供应给等离子体炬的功率。所供应的功率大于或等于等离子体中的功率，因为等离子体炬将供应的功率传递给等离子体气体的效率不是100％。
如本文中所用的术语“淬冷气体与碳之比”是指对于含碳物质、例如注入的含碳气体的每单位时间体积(例如slpm)而言，淬冷气体的每单位时间体积，例如注入气体的每分钟标准升(slpm)。如本文中所用的术语“淬冷气体与碳之比”还指淬冷气体的每单位时间体积与注入的碳摩尔数(1摩尔碳等于12克碳)之比。如本文中所用的“淬冷气体与碳之比”还指注入反应器中的淬冷气体的每单位时间质量(例如克/秒或克/分钟)与含碳物质的每单位时间质量(例如克/秒或克/分钟)之比。
用于本文中时，术语“淬冷气体”是指并且可包括在STP下具有大于或等于17.9毫瓦/米/开氏度(STP下氩气的热导率；参见E.W.Lemmon和R.T Jacobsen)的高导热率的任何非含碳气体。淬冷气体可以例如由氩气、氦气、氢气、氮气或热导率大于或等于17.9mW/m.K的任何其他气体、或这些气体的任何混合物组成。本领域技术人员将理解，气体的热导率是反应物的淬冷速率的决定因素。淬冷气体通常将在等离子体炬附近或内部注入，但可以注入反应器中的其他地方以及多个层或多个位置中。用于本文中时，“淬冷气体”还指在RF-等离子体或DC-等离子体炬中紧邻等离子体气体注入并用于保护炬部件免受热冲击和降解的鞘流气体(见图5和图6)。
用于本文中时，除非另有说明，否则所有气体体积和速度均意在表示在标准温度和压力(STP)下的量。本领域技术人员将容易理解，这些值在等离子体炬中经历的高温和高压下改变。
本文中所用的程度术语例如“约”和“近似”是指所修饰的术语的合理偏差量，使得最终结果不会显著改变。如果这种偏差不会否定它所修饰的单词的含义，则这些程度术语应被解释为包括所修饰的术语的至少±5％或至少±10％的偏差。
本公开涉及具有低多环芳烃含量的石墨烯纳米片，其没有经历在液相中的加工步骤，例如soxhlet提取。这些石墨烯纳米片可以显示出低于约0.06g/cm3的低振实密度，所述振实密度如ASTM标准B527-15“金属粉末和化合物的振实密度的标准测试方法”所述。该材料中的PAH浓度可小于约0.3重量％，小于约0.1重量％，小于约0.01重量％，或小于气相色谱质谱(GC/MS)设备的检测限。石墨烯纳米片可特征在于拉曼G/D比大于或等于约2、2D/G比大于或等于约0.8(当使用波长为514nm的入射激光测量时)并且比表面积(B.E.T.)为约250m2/g或更高。石墨烯纳米片的振实密度通常在约0.03g/cm至约0.05g/cm3之间。根据本公开的实施方式，热产生的石墨烯纳米片可以通过例如美国专利No.8,486,363、8,486,364和9,221,688中公开的工艺和方法生产，所述美国专利在此通过引用整体并入。
获得包含低PAH含量的石墨烯纳米片的方法包括，在含有反应性物质例如氧化性物质如氧气的气氛中将含有PAH的石墨烯纳米片暴露于温度高于200℃或高于300℃的热处理。在氧化性环境下这种热处理的持续时间可以应用一小时或更长的持续时间。含有碳纳米粒子或石墨烯的封罩(例如烘箱)中的温度可以逐渐升高，并且气态气氛可以是惰性气体和反应性物质的混合物。例如，当反应性物质是氧化性物质时，气体混合物可以是氮气和氧气的混合物，氩气和氧气的混合物，空气，氩气、氮气和氧气的混合物，或氧化性物质和惰性物质的任何其他混合物。反应性物质也可以是还原性物质。封罩中的压力可以低于大气压(部分真空)、等于大气压或高于大气压。例如，可以在真空中或在高压下在氧化性气氛(例如，空气，氧气和氩气的混合物，或氧气和氮气的混合物，或含有氧化剂的任何其他气体混合物)中进行处理，使得除去PAH或其一部分。石墨烯纳米片可以经受约300℃至约500℃(或更高，例如500℃至650℃)左右的足够温度。加热可以发生足以实现去除PAH的任何时间。加热可以在任何类型的炉子或能够使颗粒状物在反应性气氛下并优选在大气压下进行加热的其它装置中发生。温度可以是200℃至500℃，例如290℃至500℃，或400℃至500℃。可以使用超过500℃的温度，例如500℃至650℃或500℃至650℃或更高。本领域技术人员将领会，石墨烯粒子可在高于600℃的温度下在氧化性环境中被氧化并被烧毁和破坏。本领域技术人员将领会，在较低氧浓度下将石墨烯粒子暴露于较高温度可具有与将所述粒子暴露于较低温度和较高氧浓度相似的效果。
由本公开的方法产生的石墨烯纳米片特征在于PAH浓度低于0.01重量％、拉曼G/D比大于或等于2、2D/G比大于或等于0.8(当使用波长为514nm的入射激光测量时)并且比表面积(BET)为250m2/g或更高。
例如，根据通过ASTM B527-15标准测量，石墨烯纳米片的振实密度小于约0.06g/cm3。
例如，根据通过ASTM B527-15标准测量，石墨烯纳米片的振实密度小于约0.04g/cm3。
例如，根据通过ASTM B527-15标准测量，石墨烯纳米片的振实密度为约0.03g/cm3至约0.05g/cm3。
例如，根据通过ASTM B527-15标准测量，石墨烯纳米片的振实密度为约0.03g/cm3至约0.04g/cm3。
例如，根据通过ASTM B527-15标准测量，石墨烯纳米片的振实密度为约0.03g/cm3。
例如，石墨烯纳米片的比表面积(B.E.T)大于约250m2/g。
例如，石墨烯纳米片的比表面积(B.E.T)大于约300m2/g。
例如，石墨烯纳米片的比表面积(B.E.T)大于约350m2/g。
例如，石墨烯纳米片的比表面积(B.E.T)为约250m2/g至约600m2/g。
例如，石墨烯纳米片的比表面积(B.E.T)为约300m2/g至约600m2/g。
例如，石墨烯纳米片的比表面积(B.E.T)为约400m2/g至约600m2/g。
例如，石墨烯纳米片的比表面积(B.E.T)为约500m2/g至约600m2/g。
例如，石墨烯纳米片的多环芳烃浓度小于约500ppm。
例如，石墨烯纳米片的多环芳烃浓度小于约400ppm。
例如，石墨烯纳米片的多环芳烃浓度小于约200ppm。
例如，石墨烯纳米片的多环芳烃浓度小于约100ppm。
例如，石墨烯纳米片的多环芳烃浓度小于约90ppm。
例如，石墨烯纳米片的多环芳烃浓度小于约80ppm。
例如，石墨烯纳米片的多环芳烃浓度小于约70ppm。
例如，石墨烯纳米片的多环芳烃浓度小于约60ppm。
例如，石墨烯纳米片的多环芳烃浓度小于约50ppm。
例如，石墨烯纳米片的多环芳烃浓度小于约40ppm。
例如，石墨烯纳米片的多环芳烃浓度小于约35ppm。
例如，石墨烯纳米片的多环芳烃浓度小于约0.6重量％。
例如，石墨烯纳米片的多环芳烃浓度小于约0.5重量％。
例如，石墨烯纳米片的多环芳烃浓度小于约0.4重量％。
例如，石墨烯纳米片的多环芳烃浓度小于约0.3重量％。
例如，石墨烯纳米片的多环芳烃浓度小于约0.2重量％。
例如，石墨烯纳米片的多环芳烃浓度小于约0.1重量％。
例如，石墨烯纳米片的多环芳烃浓度小于约0.01重量％。
例如，石墨烯纳米片的多环芳烃浓度为约0.01％至约0.7％。
例如，石墨烯纳米片的多环芳烃浓度为约0.01％至约0.5％。
例如，石墨烯纳米片的多环芳烃浓度为约0.01％至约0.3％。
例如，石墨烯纳米片的多环芳烃浓度为约0.1重量％至小于约0.3重量％。
例如，石墨烯纳米片的多环芳烃浓度为约0.01％至约0.1％。
例如，石墨烯纳米片的多环芳烃浓度为约0.15重量％至小于约0.25重量％。
例如，石墨烯纳米片的多环芳烃浓度为约0.1重量％至约0.6重量％。
例如，石墨烯纳米片的多环芳烃浓度为约0.05重量％至约0.6重量％。
例如，石墨烯纳米片的多环芳烃浓度为约0.05重量％至约0.5重量％。
例如，石墨烯纳米片的多环芳烃浓度为约0.1重量％至约0.5重量％。
例如，石墨烯纳米片的多环芳烃浓度为约0.01重量％至约0.4重量％。
例如，石墨烯纳米片的多环芳烃浓度为约0.05重量％至约0.4重量％。
例如，石墨烯纳米片的多环芳烃浓度为约0.1重量％至约0.4重量％。
例如，石墨烯纳米片的多环芳烃浓度为约0.05重量％至约0.3重量％。
例如，石墨烯纳米片的根据通过气相色谱质谱法(GC/MS)或通过根据ASTM D7771-11的Soxhlet提取法测量的多环芳烃浓度低于检测限。
例如，石墨烯纳米片的根据使用514nm的入射激光波长测量的拉曼G/D比大于或等于约3并且2D/G比大于或等于约0.8。石墨烯纳米片的根据使用514nm的入射激光波长测量的拉曼G/D比大于或等于约2.5并且2D/G比大于或等于约0.8，其中石墨烯纳米片的多环芳烃浓度小于约0.7重量％。
例如，石墨烯纳米片的根据通过ASTM B527-15标准测量的振实密度小于约0.06g/cm3。
例如，石墨烯纳米片是热产生的。
例如，挥发性杂质是多环芳烃。
例如，反应性气氛是氧化性气氛。
例如，氧化性气氛包含选自空气、水蒸气、氧气、臭氧、过氧化物、F2、CO2、H2O、NO2、Cl2、醇、硫酸、高氯酸、过硫酸、次卤酸盐、卤素、卤氧化物、氮氧化物及其混合物的氧化剂。
例如，氧化性气氛包含惰性气体和氧化剂。
例如，惰性气体是氮气、氩气、氦气、氖气、氪气、氙气或其混合物。
例如，气体混合物包含氧气和氩气。
例如，所述方法包括将包含氧气的气体混合物注入含有石墨烯纳米片的封罩中。
例如，在恒定流量下注入气体混合物。
例如，在约1-10slpm的恒定流量下注入气体混合物。
例如，反应性气氛是还原性气氛。
例如，还原性气氛包含NH4、H2、H2S、CO，及其混合物。
例如，还原性气氛包含惰性气体和还原剂。
例如，所述方法有效降低石墨烯纳米片中的多环芳烃浓度为低于约2％。
例如，所述方法有效降低石墨烯纳米片中的多环芳烃浓度为低于约1％。
例如，在至少约300℃的温度加热石墨烯纳米片。
例如，在至少约400℃的温度加热石墨烯纳米片。
例如，在至少约500℃的温度加热石墨烯纳米片。
例如，在至少约600℃的温度加热石墨烯纳米片。
例如，在约200℃至约1000℃的温度加热石墨烯纳米片。
例如，在约200℃至约750℃的温度加热石墨烯纳米片。
例如，在约300℃至约550℃的温度加热石墨烯纳米片。
例如，所述方法在大气压下进行。
例如，所述方法在低于大气压下或在部分真空下进行。
例如，所述方法在高于大气压下进行。
例如，比表面积(B.E.T)增加至少20％。
例如，比表面积(B.E.T)增加至少30％。
例如，比表面积(B.E.T)增加至少40％。
例如，比表面积(B.E.T)增加至少50％。
例如，比表面积(B.E.T)增加至少60％。
例如，比表面积(B.E.T)增加至少70％。
例如，比表面积(B.E.T)增加至少80％。
例如，比表面积(B.E.T)增加至少90％。
例如，比表面积(B.E.T)增加至少100％。
例如，所述方法在没有液体或溶剂的情况下进行。
例如，所述方法是干式方法。
例如，所述方法是连续方法。
例如，所述方法在流化床反应器中进行。
例如，所述方法在旋转烘箱中进行。
例如，所述方法是分批方法。
例如，石墨烯纳米片的根据通过ASTM B527-15标准测量的振实密度基本保持不变。
例如，石墨烯纳米片的根据通过ASTM B527-15标准测量的振实密度增加或减小小于5％。
例如，石墨烯纳米片的根据通过ASTM B527-15标准测量的振实密度增加或减小小于10％。
例如，多环芳烃选自联亚苯、苊烯、菲、蒽、荧蒽、芘、二甲苯、萘、苯并(A)芘(BaP)、苯并[E]芘(BeP)、苯并[a]蒽(BaA)、(CHR)、苯并[b]荧蒽(BbFA)、苯并[j]荧蒽(BjFA)、苯并[k]荧蒽(BkFA)、二苯并[a,h]蒽(DBAhA)及其混合物。
例如，多环芳烃选自联亚苯、苊烯、菲、蒽、荧蒽、芘、二甲苯、萘、苯并(A)芘(BaP)、苯并[E]芘(BeP)、苯并[a]蒽(BaA)、(CHR)、苯并[b]荧蒽(BbFA)、苯并[j]荧蒽(BjFA)、苯并[k]荧蒽(BkFA)、二苯并[a,h]蒽(DBAhA)及其混合物。
例如，将石墨烯纳米片用温度低于1300℃的淬冷气体淬冷。
例如，将石墨烯纳米片用温度低于900℃的淬冷气体淬冷。
例如，将石墨烯纳米片用温度低于600℃的淬冷气体淬冷。
例如，将石墨烯纳米片用温度低于300℃的淬冷气体淬冷。
例如，将石墨烯纳米片用温度低于100℃的淬冷气体淬冷。
例如，以至少50slpm淬冷气体/每分钟摩尔碳的淬冷气体与碳之比注入含碳物质。
例如，以至少160slpm淬冷气体/每分钟摩尔碳的淬冷气体与碳之比注入含碳物质。
例如，以至少250slpm淬冷气体/每分钟摩尔碳的淬冷气体与碳之比注入含碳物质。
例如，以约50slpm至约125slpm淬冷气体/每分钟摩尔碳的淬冷气体与碳之比注入含碳物质。
例如，以约100slpm至约250slpm淬冷气体/每分钟摩尔碳的淬冷气体与碳之比注入含碳物质。
例如，使用多个喷射口进行含碳物质的注入。
例如，使用至少3个喷射口进行含碳物质的注入。
例如，使用至少4个喷射口进行含碳物质的注入。
例如，使用至少5个喷射口进行含碳物质的注入。
例如，使用多于5个喷射口进行含碳物质的注入。
例如，石墨烯纳米片以至少120g/h的速率产生。
例如，石墨烯纳米片以至少150g/h的速率产生。
例如，石墨烯纳米片以至少200g/h的速率产生。
例如，石墨烯纳米片以至少250g/h的速率产生。
例如，石墨烯纳米片以约120g/h至约150g/h的速率产生。
例如，石墨烯纳米片以约150g/h至约250g/h的速率产生。
例如，将石墨烯纳米片用淬冷气体淬冷，所述淬冷气体以至少3slpm淬冷气体/kW供应的炬功率的速率进给。
例如，将石墨烯纳米片用淬冷气体淬冷，所述淬冷气体以至少1slpm淬冷气体/kW供应的炬功率的速率进给。
例如，将石墨烯纳米片用淬冷气体淬冷，所述淬冷气体以至少0.5slpm淬冷气体/kW供应的炬功率的速率进给。
例如，将石墨烯纳米片用淬冷气体淬冷，所述淬冷气体以约0.5slpm淬冷气体/kW供应的炬功率至约1.5slpm淬冷气体/kW供应的炬功率的速率进给。
例如，将石墨烯纳米片用淬冷气体淬冷，所述淬冷气体以约1.5slpm淬冷气体/kW供应的炬功率至约4slpm淬冷气体/kW供应的炬功率的速率进给。
例如，石墨烯纳米片以至少1g/kWh供应的等离子体炬功率的速率产生。
例如，石墨烯纳米片以至少2.5g/kWh供应的等离子体炬功率的速率产生。
例如，石墨烯纳米片以至少3g/kWh供应的等离子体炬功率的速率产生。
例如，石墨烯纳米片以至少5g/kWh供应的等离子体炬功率的速率产生。
例如，石墨烯纳米片以约2g/kWh供应的等离子体炬功率至约3g/kWh供应的等离子体炬功率的速率产生。
例如，石墨烯纳米片以约3g/kWh供应的等离子体炬功率至约5g/kWh供应的等离子体炬功率的速率产生。
例如，含碳物质是含碳气体。
例如，含碳气体是C1-C4烃。
例如，含碳气体选自甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、氯乙烯、丙烷、丙烯、环丙烷、丙二烯、丙炔、丁烷、2-甲基丙烷、1-丁烯、2-丁烯、2-甲基丙烯、环丁烷、甲基环丙烷、1-丁炔、2-丁炔、环丁烯、1,2-丁二烯、1,3-丁二烯或1-丁烯-3-炔或其混合物。
例如，含碳物质是含碳液体。
例如，含碳液体是C5-C10烃。
例如，含碳液体选自正丙醇、1,2-二氯乙烷、烯丙醇、丙醛、溴乙烯、戊烷、己烷、环己烷、庚烷、苯、甲苯、二甲苯或苯乙烯或其混合物。
例如，含碳物质是甲烷或天然气。
例如，含碳物质是含碳固体。
例如，含碳固体选自石墨、炭黑、降冰片烯、萘、蒽、菲、聚乙烯、聚丙烯或聚苯乙烯或其混合物。
例如，含碳气体、含碳液体或含碳固体与载气混合。
例如，载气包含惰性气体。
例如，惰性气体选自氩气、氦气、氮气、氢气或其混合物。
例如，淬冷气体选自氩气、氦气、氮气、氢气或其混合物。
例如，淬冷气体包含惰性气体。
例如，淬冷气体包含氢气。
例如，淬冷气体包含氩气。
例如，对于每kW供应的等离子体炬功率，淬冷气体以1-10slpm气体的速率进给。
例如，热区的温度为约4000℃至约11 000℃。
例如，热区的温度为约3000℃至约8000℃。
例如，热区的温度为约2600℃至约5000℃。
例如，以至少70m/s STP的速度注入含碳物质。
例如，以至少90m/s STP的速度注入含碳物质。
例如，以至少100m/s STP的速度注入含碳物质。
例如，以约60m/s STP至约100m/s STP的速度注入含碳物质。
例如，以约70m/s STP至约90m/s STP的速度注入含碳物质。
例如，以约75m/s STP至约85m/s STP的速度注入含碳物质。
例如，所述方法可以在含碳物质的注入角度相对于等离子体的对称轴为约10度至约40度、约20度至约30度或约25度下进行。
例如，所述方法可以在含碳物质的注入角度相对于等离子体的对称轴为约15度至约35度、约20度至约30度或约25度下进行。
例如，所述方法可以使用包含用于注入含碳物质的多孔注入器的等离子体炬进行，其中对于每个注入器孔，注入速度为至少60m/s STP，并且注入角度相对于等离子体的对称轴为约15度至约35度。
例如，所述方法可以使用包含用于注入含碳物质的多孔注入器的等离子体炬进行，其中对于每个注入器孔，注入速度为至少60m/s STP，并且注入角度相对于等离子体的对称轴为约20度至约30度。
例如，所述方法可以使用包含用于注入含碳物质的多孔注入器的等离子体炬进行，其中对于每个注入器孔，注入速度为至少60m/s STP，并且注入角度相对于等离子体的对称轴为约25度。
例如，将淬冷气体在热区周围注入。
例如，所述方法还包括收集产生的石墨烯纳米片。
例如，在袋式过滤器中、滤筒上或用旋风分离器收集产生的石墨烯纳米片。
例如，石墨烯纳米片的根据通过ASTM D 3663-78测量的B.E.T.比表面积大于或等于250m2/g。
例如，石墨烯纳米片的纵横比为至少5:1。
例如，石墨烯纳米片的纵横比为至少10:1。
例如，石墨烯纳米片的根据使用514nm的入射激光波长测量的拉曼G/D比为至少3。
例如，石墨烯纳米片的根据使用514nm的入射激光波长测量的拉曼2D/G比为至少0.8。
例如，所供应的等离子体炬功率大于35kW。
例如，所供应的等离子体炬功率大于100kW。
例如，所供应的等离子体炬功率大于200kW。
例如，所供应的等离子体炬功率大于1000kW。
以下实施例是非限制性的，并用于更好地举例说明本公开的材料和方法。权利要求的范围不应受本公开中提供的具体实施方式和实施例的限制，而应被给予与本公开整体一致的最广泛的解读。
实施例
实施例1：热处理以降低石墨烯纳米片的多环芳烃含量
在一个示例性实施方式中，将使用甲烷作为前体、使用ICP等离子体炬产生的褶皱石墨烯纳米片粉末(如美国临时申请no.62/437,057中所述)通过干式方法处理以除去PAH。在气相(干式)方法之前，所产生的褶皱石墨烯粉末含有0.16wt％PAH(根据通过用甲苯进行Soxhlet提取来测量)并且B.E.T.比表面积为302m2/g。
现在参照图1A，封罩(烘箱)包含用于注入气体混合物的端口(11)以及用于排出含有分解的PAH的气体混合物的端口(12)。现在参照图1B，封罩包含用于容纳端口(12)和(13)的凸缘(13)。另一个端口(14)设置在封罩中，用于插入轴以在热氧化处理期间混合粉末。封罩被容纳在壁(15)中，包含用于密封该封罩的O形环的凹槽(16)，以及底部(17)和侧面(18)加热元件。本领域技术人员将领会，所有其他合适的封罩可用于实施本文中公开的方法。
如此产生的石墨烯纳米片粉末含有0.16wt％PAH(根据通过用甲苯进行Soxhlet提取来测量)并且B.E.T.比表面积为302m2/g。用于除去PAH的气相(干式)方法包括在恒定的大量气流(3slpm)下的热氧化处理，所述气流包含Ar和O2(9vol％O2)的混合物。加热的封罩内的温度为约400℃并且封罩被保持在大气压下。气流用于确保从粉末中除去并排出挥发性组分。使用1小时升温达到400℃，然后是40分钟的稳定和大约2小时的冷却。每次运行处理10g至400g。该分批方法可以容易地转换成连续方法，例如并且不失一般性地，通过使用流化床热反应器或通过使用例如输送带将待处理的材料传送通过旋转烘箱或传送通过另一个加热区。通过增加烘箱的尺寸，并因此增加加热区的尺寸，可以容易地按比例放大待处理的量。
热氧化处理使石墨烯纳米片上存在的PAH蒸发和/或分解。石墨烯纳米片具有高石墨化状态(高水平的结晶度)并且在该热处理期间不会遭受显著的质量损失。在处理期间的重量损失与PAH的去除和破坏有关(因此与PAH的初始浓度有关)。例如，可以使用以下氧化剂代替氧气：空气、水蒸气、二氧化碳等。本领域技术人员将容易理解，所使用的气氛(气体的组成以及压力)以及待处理的材料的量将决定待使用的温度以及持续时间。
无序碳的蚀刻速率比石墨化碳高一个数量级。粉末的振实密度(根据通过ASTM标准B527-15测量)未被热氧化处理改变，但测得B.E.T.比表面积显著增加(由于去除了阻塞孔隙的PAH)。可以观察到石墨烯表面上的氧官能团浓度略有增加(根据通过XPS测量，大约1原子％O/C至2原子％O/C)。处理后，所得的石墨烯纳米片不再含有可测量的PAH(低于Soxhlet提取法的90ppm检测限)。在本实施例中描述的处理之后，B.E.T比表面积从处理前的302m2/g增加到处理后的567m2/g。对于具有更高拉曼G/D比的石墨烯，我们测得B.E.T.比表面积从300m2/g改变到450m2/g，没有明显的质量损失。
在热氧化处理之后，有特定B.E.T.比表面积的提高，没有测量的重量损失(除了去除的PAH部分)并且没有改变振实密度。特定B.E.T.比表面积的增加通常为约20％至约100％。
与热处理的材料相比，如此产生的石墨烯的拉曼光谱上3个主要拉曼谱带(D谱带、G谱带和2D谱带)的相对比率没有明显变化。
实施例2
在第二示例性实施例中，使用第二种类型的烤炉来去除PAH。使用的第二种烤炉是来自Paragon的具有自然对流的窑炉；空气流(O2/N2，21/79体积％)不是强制进入的，而是产生自由于分别在烘箱内部和外部的高温和低温所引起的自然对流。两个圆形开口(直径约半英寸)位于烤炉的侧面，以允许自然对流循环并更新烤炉中的空气。对于本实施例，对使用甲烷作为前体气体、使用ICP等离子体炬产生的石墨烯纳米片(如临时申请62/437,057中所述)通过气相法处理以除去PAH。对于本实施例，如此产生的石墨烯含有0.50wt％PAH(根据通过用甲苯进行Soxhlet提取来测量)并且B.E.T.比表面积为288m2/g。处理在大气压下进行。
该烤炉的温度-时间分布如下：在40分钟内从室温到290℃，然后在20分钟内从290℃到440℃，然后在440℃下持续2小时的稳定期，并缓慢冷却至室温(持续约2小时)。将待处理的材料置于烘箱中的多级板上；每个板含有40克至80克均匀层状的石墨烯粉末(每批处理160克至320克)。同样，这个分批方法可以容易地转换为连续方法。
处理后，所得的石墨烯纳米片不再含有可测量的PAH(低于Soxhlet提取法的检测限)并且B.E.T.比表面积升至430m2/g。粉末的振实密度(根据通过ASTM标准B527-15测量)未改变，但测得B.E.T.比表面积显著增加，同样没有显著的质量损失。可以观察到石墨烯表面上的氧官能团浓度略有增加(根据通过XPS测量，大约从1％至2％)。
与热处理的材料相比，如此产生的石墨烯的拉曼光谱上3个主要拉曼谱带(D谱带、G谱带和2D谱带)的相对比率没有明显变化。
实施例3：反例
使用与根据实施例1相同的如此产生的褶皱石墨烯粉末(PAH浓度为0.16wt％PAH，B.E.T.比表面积为302m2/g)并将其直接(没有热氧化处理)用甲苯进行Soxhlet提取，最终B.E.T.比表面积是329m2/g。已知比表面积测量的精确度为约±10％，没有观察到显著的变化。
在Soxhlet提取步骤(湿式方法)之后，观察到褶皱石墨烯粉末的振实密度变化。振实密度从0.04g/cm3增加到0.11g/cm3。这支持了湿式方法导致振实密度增加。
将该Soxhlet提取的样品(B.E.T.为329m2/g)在纯氩气氛中进行随后的热处理步骤(在约300℃下1.5h)没有进一步增加B.E.T.比表面积。进一步处理的样品的最终B.E.T.比表面积为328m2/g。我们得出结论，这种不存在氧的热处理在增加石墨烯的比表面积方面是无效的，可能是由于未能从石墨烯的孔隙中除去PAH之故。
实施例4：石墨烯纳米片的制备
本公开中公开的一些方法的起始材料(石墨烯纳米片)可以按各种不同的方式制备。例如，石墨烯纳米片可以通过使用如下公开的热等离子体方法制备。
在一个示例性实施方式中，烃前体材料是甲烷，并用60kW的最大屏极功率将其注入电感耦合等离子体炬(ICP)中。图5示出了ICP炬100以及包括不含碳气体和含碳物质的气体的定性流动。
对于向电感耦合等离子体炬(PN-50型，Tekna，Sherbrooke，Québec，加拿大)输送56kW的发电机，并且如图5所示，使用20slpm氩气作为中心旋流气体128，其被一层由174slpm氩气和30slpm的氢气组成的淬冷气体(鞘流气体)124包围。通过具有设计的喷嘴的注入器探头110注入33.6slpm的天然气(碳进料气体)120。传导射频交流电的线圈122产生等离子体。在等离子体炬内部显示了定性的等温线126。反应器中的压力为500托。注入速度为标准温度和压力(STP)下80.6m/s。应当理解，在极端温度和压力的等离子体状态下，这些气体注入速度更大并且该值必须加以校正以考虑不同的温度和压力值。本领域技术人员将理解，当方法规模扩大时，例如对于更大的等离子体体积或更大的等离子体炬尺寸，该注入速度值将增加。
该方法持续45分钟，并导致，根据在热等离子体区下游收获的粉末的重量除以合成该粉末所需的操作时间来测量的石墨烯生产率为225g/h。
注入的碳为33.6slpm/22.4l＝1.5mol/min或18g/min的碳。
淬冷气体与碳之比为至少120升STP的非碳气体STP比1摩尔的碳(也是至少180slpm的非碳气体比18g/min的碳；10.0升的非碳气体/1g气体形式的碳)。
对于输送的炬功率为56kW而言，每功率量注入的碳通常为33.6slpm，等于0.6slpmC/kW炬功率。
现在参考图2A和图2B，所使用的注入器是包含五个注入孔12的多孔喷嘴10，每个孔直径为0.052英寸。喷嘴10包含烃进料通道16，并且喷嘴14的表面垂直于注入孔12。这种构造提供了80.6m/s STP的注入速度。碳气体注入角度相对于等离子体的对称轴为25度。本领域技术人员将理解，水冷注入喷嘴将提供更长的耐磨性并且能够在稳定的操作条件下进行长时间的生产运行。
从拉曼光谱可以看出(如图3所示)，所得的产物是高质量的石墨烯纳米片。一旦除去PAH，材料的比表面积(使用B.E.T.法)为431m2/g。当使用514nm的入射波长测量时，产物的拉曼光谱特征是2D/G比为1.3且G/D比为4.7。
为了限制在热区中的停留时间，将碳前体以至少6m/s STP、通常80m/s STP、甚至100m/s STP的高速度注入。这可以通过以大于或等于等离子体气体速度的注入速度通过具有小孔的喷头型喷嘴注入气体材料、例如天然气来实现。与小孔耦合的高进料速率导致高注入速度和在热区中的短停留时间。
实施例5：反例
相反，使用与上面实施例4中描述的相似的参数，但使用单孔喷嘴以低于60m/sSTP的注入速度注入甲烷，产生可观部分的碳结节和球状碳粒子，导致乙炔黑的典型拉曼光谱(如图4所示)。图6示出了在该反例中使用的ICP炬200以及包含不含碳气体和含碳物质的气体的定性流动。
在该实施例中，并如图6所示，使用28.6m/s STP的注入速度。碳前体气体进给速率为34.7slpm CH4，实现的生产率为142g/h。使用20slpm的氩气作为中心旋流气体228，其被一层由125slpm的氩气和8slpm的氢气组成的淬冷气体(鞘流气体)224围绕。其他方面使用与实施例4中相同的方法和设备。碳前体气体220通过不具有设计的喷嘴(例如，具有单孔喷嘴)的注入器探头210注入。传导射频交流电的线圈222产生等离子体。在等离子体炬内部显示了定性等温线226。
所得的材料呈现150m2/g的低比表面积(B.E.T.)和粗石墨结节而不是细石墨粒子特征性的拉曼光谱(图4)。当使用514nm的入射波长测量时，所得的粒子表现出拉曼G/D比为1.1且2D/G比为0.5。如图6所示，碳前体经由不具有设计的喷嘴的单孔探头注入热区，因此导致在热区的停留时间较长、淬冷效率差、并因此形成乙炔型炭黑(例如不是石墨烯)。碳前体气体相对于等离子体的对称轴以零度角注入。
本公开的段落[0029]至[00251]的实施方式在本公开中以这样的方式呈现，从而表明在可适用时可以做出实施方式的所有组合。因此，这些实施方式在说明书中以等同于对依赖于任何前述权利要求的所有实施方式形成从属权利要求的方式呈现(覆盖先前呈现的实施方式)，从而表明它们可以按所有可能的方式组合在一起。例如，在适用时，段落[0029]至[00251]的实施方式与段落[0009]至[0025]的方法和石墨烯纳米片之间的所有可能组合在此都被本公开覆盖。
权利要求的范围不应受本公开中提供的具体实施方式和实施例的限制，而应被给予与本公开整体一致的最广泛的解读。
参考文献
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2.Jeongmin Lim等人，A study of TiO2/carbon black composition ascounter electrode materials for dye-sensitized solar cells.Nanoscale ResearchLetters 2013；8(1):227.
3.Stephen Brunauer,P.H.Emmett,Edward Teller,The Journal of theAmerican Chemical Society 60(1938)309.
4.E.W.Lemmon和R.T Jacobsen，International Journal of Thermophysics,Vol.25(2004)21-68.

Claims (208)

1.石墨烯纳米片，所述石墨烯纳米片的多环芳烃浓度小于约0.7重量％。
2.石墨烯纳米片，所述石墨烯纳米片的多环芳烃浓度小于约0.7重量％并且，根据ASTMB527-15标准测量的振实密度为小于约0.08g/cm3。
3.根据权利要求1或2所述的石墨烯纳米片，其中所述石墨烯纳米片的根据通过ASTMB527-15标准测量的振实密度为小于约0.06g/cm3。
4.根据权利要求1或2所述的石墨烯纳米片，其中所述石墨烯纳米片的根据通过ASTMB527-15标准测量的振实密度为小于约0.04g/cm3。
5.根据权利要求1或2所述的石墨烯纳米片，其中所述石墨烯纳米片的根据通过ASTMB527-15标准测量的振实密度为约0.03g/cm3至约0.05g/cm3。
6.根据权利要求1或2所述的石墨烯纳米片，其中所述石墨烯纳米片的根据通过ASTMB527-15标准测量的振实密度为约0.03g/cm3至约0.04g/cm3。
7.根据权利要求1或2所述的石墨烯纳米片，其中所述石墨烯纳米片的根据通过ASTMB527-15标准测量的振实密度为约0.03g/cm3。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的石墨烯纳米片，其中所述石墨烯纳米片的比表面积(B.E.T)大于约250m2/g。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的石墨烯纳米片，其中所述石墨烯纳米片的比表面积(B.E.T)大于约300m2/g。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的石墨烯纳米片，其中所述石墨烯纳米片的比表面积(B.E.T)大于约350m2/g。
11.根据权利要求1至7中任一项所述的石墨烯纳米片，其中所述石墨烯纳米片的比表面积(B.E.T)为约250m2/g至约600m2/g。
12.根据权利要求1至7中任一项所述的石墨烯纳米片，其中所述石墨烯纳米片的比表面积(B.E.T)为约300m2/g至约600m2/g。
13.根据权利要求1至7中任一项所述的石墨烯纳米片，其中所述石墨烯纳米片的比表面积(B.E.T)为约400m2/g至约600m2/g。
14.根据权利要求1至7中任一项所述的石墨烯纳米片，其中所述石墨烯纳米片的比表面积(B.E.T)为约500m2/g至约600m2/g。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的石墨烯纳米片，其中所述石墨烯纳米片的多环芳烃浓度小于约500ppm。
16.根据权利要求1至14中任一项所述的石墨烯纳米片，其中所述石墨烯纳米片的多环芳烃浓度小于约400ppm。
17.根据权利要求1至14中任一项所述的石墨烯纳米片，其中所述石墨烯纳米片的多环芳烃浓度小于约200ppm。
18.根据权利要求1至14中任一项所述的石墨烯纳米片，其中所述石墨烯纳米片的多环芳烃浓度小于约100ppm。
19.根据权利要求1至14中任一项所述的石墨烯纳米片，其中所述石墨烯纳米片的多环芳烃浓度小于约90ppm。
20.根据权利要求1至14中任一项所述的石墨烯纳米片，其中所述石墨烯纳米片的多环芳烃浓度小于约70ppm。
21.根据权利要求1至14中任一项所述的石墨烯纳米片，其中所述石墨烯纳米片的多环芳烃浓度小于约60ppm。
22.根据权利要求1至14中任一项所述的石墨烯纳米片，其中所述石墨烯纳米片的多环芳烃浓度小于约50ppm。
23.根据权利要求1至14中任一项所述的石墨烯纳米片，其中所述石墨烯纳米片的多环芳烃浓度小于约40ppm。
24.根据权利要求1至14中任一项所述的石墨烯纳米片，其中所述石墨烯纳米片的多环芳烃浓度小于35ppm。
25.根据权利要求1至14中任一项所述的石墨烯纳米片，其中所述石墨烯纳米片的多环芳烃浓度小于约0.3重量％。
26.根据权利要求1至14中任一项所述的石墨烯纳米片，其中所述石墨烯纳米片的多环芳烃浓度小于约0.2重量％。
27.根据权利要求1至14中任一项所述的石墨烯纳米片，其中所述石墨烯纳米片的多环芳烃浓度小于约0.1重量％。
28.根据权利要求1至14中任一项所述的石墨烯纳米片，其中所述石墨烯纳米片的多环芳烃浓度小于约0.01重量％。
29.根据权利要求1至14中任一项所述的石墨烯纳米片，其中所述石墨烯纳米片的多环芳烃浓度为约0.01％至约0.7％。
30.根据权利要求1至14中任一项所述的石墨烯纳米片，其中所述石墨烯纳米片的多环芳烃浓度为约0.01％至约0.5％。
31.根据权利要求1至14中任一项所述的石墨烯纳米片，其中所述石墨烯纳米片的多环芳烃浓度为约0.01％至约0.3％。
32.根据权利要求1至14中任一项所述的石墨烯纳米片，其中所述石墨烯纳米片的多环芳烃浓度为约0.01％至约0.1％。
33.根据权利要求1至14中任一项所述的石墨烯纳米片，其中所述石墨烯纳米片的多环芳烃浓度为约0.1％至约0.5％。
34.根据权利要求1至14中任一项所述的石墨烯纳米片，其中所述石墨烯纳米片的多环芳烃浓度为约0.05％至约0.3％。
35.根据权利要求1至14中任一项所述的石墨烯纳米片，其中所述石墨烯纳米片的多环芳烃浓度为约0.1％至约0.6％。
36.根据权利要求1至14中任一项所述的石墨烯纳米片，其中所述石墨烯纳米片的多环芳烃浓度为约0.1％至约0.4％。
37.根据权利要求1至14中任一项所述的石墨烯纳米片，其中所述石墨烯纳米片的多环芳烃浓度为约0.15％至约0.25％。
38.根据权利要求1至37中任一项所述的石墨烯纳米片，其中所述石墨烯纳米片的根据通过气相色谱质谱法(GC/MS)或通过根据ASTM D7771-11的Soxhlet提取法测量的多环芳烃浓度低于检测限。
39.根据权利要求1至38中任一项所述的石墨烯纳米片，其中所述石墨烯纳米片的根据使用514nm的入射激光波长测量的拉曼G/D比大于或等于约3并且2D/G比大于或等于约0.8；所述石墨烯纳米片的根据使用514nm的入射激光波长测量的拉曼G/D比大于或等于约2.5并且2D/G比大于或等于约0.8，其中所述石墨烯纳米片的多环芳烃浓度小于约0.7重量％。
40.根据权利要求1至39中任一项所述的石墨烯纳米片，其中所述石墨烯纳米片的根据通过ASTM B527-15标准测量的振实密度小于约0.06g/cm3。
41.根据权利要求1至40中任一项所述的石墨烯纳米片，其中所述石墨烯纳米片是热产生的。
42.一种从石墨烯纳米片中除去挥发性杂质的方法，所述方法包括在反应性气氛下，在至少约200℃的温度加热所述石墨烯纳米片。
43.根据权利要求42所述的方法，其中所述挥发性杂质是多环芳烃。
44.根据权利要求42或43所述的方法，其中所述反应性气氛是氧化性气氛。
45.根据权利要求44所述的方法，其中所述氧化性气氛包含选自空气、水蒸气、氧气、臭氧、过氧化物、F2、CO2、H2O、NO2、Cl2、醇、硫酸、高氯酸、过硫酸、次卤酸盐、卤素、卤氧化物、氮氧化物及其混合物的氧化剂。
46.根据权利要求44所述的方法，其中所述氧化性气氛包含惰性气体和氧化剂。
47.根据权利要求46所述的方法，其中所述惰性气体是氮气、氩气、氦气、氖气、氪气、氙气或其混合物。
48.根据权利要求46所述的方法，其中所述气体混合物包含氧气和氩气。
49.根据权利要求44至48中任一项所述的方法，其中所述方法包括将包含氧气的气体混合物注入含有所述石墨烯纳米片的封罩中。
50.根据权利要求49所述的方法，其中在恒定流量下注入所述气体混合物。
51.根据权利要求49所述的方法，其中在约1-10slpm的恒定流量下注入所述气体混合物。
52.根据权利要求42或43所述的方法，其中所述反应性气氛是还原性气氛。
53.根据权利要求52所述的方法，其中所述还原性气氛包含还原剂，所述还原剂是NH4、H2、H2S、CO及其混合物。
54.根据权利要求52所述的方法，其中还原性气氛包含惰性气体和还原剂。
55.根据权利要求42至54中任一项所述的方法，其中所述方法有效降低所述石墨烯纳米片中的多环芳烃浓度为低于约2％。
56.根据权利要求42至54中任一项所述的方法，其中所述方法有效降低所述石墨烯纳米片中的多环芳烃浓度为低于约1％。
57.一种用于增加石墨烯纳米片的比表面积(B.E.T.)的方法，其中所述方法包括在氧化性气氛下，在至少约200℃的温度加热所述石墨烯纳米片。
58.一种用于将石墨烯纳米片分散在溶剂中的方法，其中所述方法包括在氧化性气氛下，在至少约200℃的温度加热所述石墨烯纳米片，并将所述石墨烯纳米片分散在溶剂中。
59.一种用于改善石墨烯纳米片的导电性的方法，其中所述方法包括在氧化性气氛下，在至少约200℃的温度加热所述石墨烯纳米片。
60.根据权利要求42至59中任一项所述的方法，其中在至少约300℃的温度加热所述石墨烯纳米片。
61.根据权利要求42至59中任一项所述的方法，其中在至少约400℃的温度加热所述石墨烯纳米片。
62.根据权利要求42至59中任一项所述的方法，其中在至少约500℃的温度加热所述石墨烯纳米片。
63.根据权利要求42至59中任一项所述的方法，其中在至少约600℃的温度加热所述石墨烯纳米片。
64.根据权利要求42至59中任一项所述的方法，其中在约200℃至约1000℃的温度加热所述石墨烯纳米片。
65.根据权利要求42至59中任一项所述的方法，其中在约200℃至约750℃的温度加热所述石墨烯纳米片。
66.根据权利要求42至59中任一项所述的方法，其中在约300℃至约550℃的温度加热所述石墨烯纳米片。
67.根据权利要求42至66中任一项所述的方法，其中所述方法在大气压下进行。
68.根据权利要求42至66中任一项所述的方法，其中所述方法在低于大气压下或在部分真空下进行。
69.根据权利要求42至66中任一项所述的方法，其中所述方法在高于大气压下进行。
70.根据权利要求57所述的方法，其中使所述比表面积(B.E.T)增加至少20％。
71.根据权利要求57所述的方法，其中使所述比表面积(B.E.T)增加至少30％。
72.根据权利要求57所述的方法，其中使所述比表面积(B.E.T)增加至少40％。
73.根据权利要求57所述的方法，其中使所述比表面积(B.E.T)增加至少50％。
74.根据权利要求57所述的方法，其中使所述比表面积(B.E.T)增加至少60％。
75.根据权利要求57所述的方法，其中使所述比表面积(B.E.T)增加至少70％。
76.根据权利要求57所述的方法，其中使所述比表面积(B.E.T)增加至少80％。
77.根据权利要求57所述的方法，其中使所述比表面积(B.E.T)增加至少90％。
78.根据权利要求57所述的方法，其中使所述比表面积(B.E.T)增加至少100％。
79.根据权利要求42至78中任一项所述的方法，其中所述方法在没有液体或溶剂的情况下进行。
80.根据权利要求42至78中任一项所述的方法，其中所述方法是干式方法。
81.根据权利要求42至80中任一项所述的方法，其中所述方法是连续方法。
82.根据权利要求42至80中任一项所述的方法，其中所述方法在流化床反应器中进行。
83.根据权利要求42至80中任一项所述的方法，其中所述方法在旋转烘箱中进行。
84.根据权利要求42至80中任一项所述的方法，其中所述方法是分批方法。
85.根据权利要求42至84中任一项所述的方法，其中所述石墨烯纳米片的根据通过ASTM B527-15标准测量的振实密度基本保持不变。
86.根据权利要求42至84中任一项所述的方法，其中所述石墨烯纳米片的根据通过ASTM B527-15标准测量的振实密度增加或减小小于5％。
87.根据权利要求42至84中任一项所述的方法，其中所述石墨烯纳米片的根据通过ASTM B527-15标准测量的振实密度增加或减小小于10％。
88.根据权利要求1至41中任一项所述的石墨烯纳米片，其中所述多环芳烃选自联亚苯、苊烯、菲、蒽、荧蒽、芘、二甲苯、萘、苯并(A)芘(BaP)、苯并[E]芘(BeP)、苯并[a]蒽(BaA)、(CHR)、苯并[b]荧蒽(BbFA)、苯并[j]荧蒽(BjFA)、苯并[k]荧蒽(BkFA)、二苯并[a,h]蒽(DBAhA)及其混合物。
89.根据权利要求42至87中任一项所述的方法，其中所述多环芳烃选自联亚苯、苊烯、菲、蒽、荧蒽、芘、二甲苯、萘、苯并(A)芘(BaP)、苯并[E]芘(BeP)、苯并[a]蒽(BaA)、(CHR)、苯并[b]荧蒽(BbFA)、苯并[j]荧蒽(BjFA)、苯并[k]荧蒽(BkFA)、二苯并[a,h]蒽(DBAhA)及其混合物。
90.一种用于生产石墨烯纳米片的等离子体方法，所述方法包括：
以至少60m/s标准温度和压力(STP)的速度将含碳物质注入等离子体的热区以使所述石墨烯纳米片成核，并用不超过1000℃的淬冷气体使所述石墨烯纳米片淬冷，以及
在反应性气氛下，在至少约200℃的温度进一步加热所述石墨烯纳米片。
91.一种用于生产石墨烯纳米片的等离子体方法，所述方法包括：
以至少60m/s STP的速度将含碳物质注入等离子体的热区以使所述石墨烯纳米片成核，并用不超过1000℃的淬冷气体使所述石墨烯纳米片淬冷，由此产生根据使用514nm的入射激光波长测量为拉曼G/D比大于或等于3且2D/G比大于或等于0.8的所述石墨烯纳米片，以及
在反应性气氛下，在至少约200℃的温度进一步加热所述石墨烯纳米片。
92.一种用于生产石墨烯纳米片的等离子体方法，所述方法包括：
以至少60m/s STP的速度并且以至少75每分钟标准升(slpm)淬冷气体/每分钟摩尔注入的碳的淬冷气体与碳之比，将含碳物质注入等离子体的热区，由此产生所述石墨烯纳米片，以及
在反应性气氛下，在至少约200℃的温度进一步加热所述石墨烯纳米片。
93.一种用于生产石墨烯纳米片的等离子体方法，所述方法包括：
以至少60m/s STP的速度并且以至少1.25slpm的淬冷气体/kW供应的等离子体炬功率的淬冷气体与供应的等离子体炬功率之比，将含碳物质注入等离子体的热区，由此产生所述石墨烯纳米片，以及
在反应性气氛下，在至少约200℃的温度进一步加热所述石墨烯纳米片。
94.一种用于生产石墨烯纳米片的等离子体方法，所述方法包括：
将含碳物质注入等离子体的热区，所述含碳物质的所述注入使用多个喷射口以至少60m/s STP的速度进行并被引导成，使得所述注入的含碳物质围绕炬轴线径向分布并在到达淬冷气体之前被稀释，由此产生根据使用514nm的入射激光波长测量为拉曼G/D比大于或等于3且2D/G比大于或等于0.8的所述石墨烯纳米片；以及在反应性气氛下，在至少约200℃的温度进一步加热所述石墨烯纳米片。
95.一种用于生产石墨烯纳米片的等离子体方法，所述方法包括：
以至少60m/s STP的速度并且以至少1.25slpm的淬冷气体/kW供应的等离子体炬功率的淬冷气体与供应的等离子体炬功率之比，将含碳物质注入等离子体的热区，由此以至少120g/h的速率产生所述石墨烯纳米片；以及在反应性气氛下，在至少约200℃的温度进一步加热所述石墨烯纳米片。
96.一种用于生产石墨烯纳米片的等离子体方法，所述方法包括：
将含碳物质注入等离子体的热区，所述含碳物质的所述注入使用多个喷射口以至少60m/s STP的速度进行并被引导成，使得所述注入的含碳物质围绕炬轴线径向分布并在到达淬冷气体之前被稀释，由此以至少120g/h的速率产生所述石墨烯纳米片；以及在反应性气氛下，在至少约200℃的温度进一步加热所述石墨烯纳米片。
97.一种用于生产石墨烯纳米片的等离子体方法，所述方法包括：
以至少60m/s的速度将含碳物质注入等离子体的热区，由此以至少2g/kWh供应的等离子体炬功率的速率产生所述石墨烯纳米片，以及
在反应性气氛下，在至少约200℃的温度进一步加热所述石墨烯纳米片。
98.一种用于生产石墨烯纳米片的等离子体方法，所述方法包括：
以至少60m/s的速度并以大于35kW的供应的等离子体炬功率将含碳物质注入等离子体的热区，由此以至少80g/h的速率产生所述石墨烯纳米片；以及在反应性气氛下，在至少约200℃的温度进一步加热所述石墨烯纳米片。
99.一种用于生产石墨烯纳米片的等离子体方法，所述方法包括：
将天然气或甲烷以至少60m/s STP的速度注入等离子体的热区以使所述石墨烯纳米片成核，并用淬冷气体使所述石墨烯纳米片淬冷；以及在反应性气氛下，在至少约200℃的温度进一步加热所述石墨烯纳米片。
100.根据权利要求90至99中任一项所述的方法，其中所述反应性气氛是氧化性气氛。
101.根据权利要求100所述的方法，其中氧化性气氛包含选自空气、水蒸气、氧气、臭氧、过氧化物、F2、CO2、H2O、NO2、Cl2、醇、硫酸、高氯酸、过硫酸、次卤酸盐、卤素、卤氧化物、氮氧化物及其混合物的氧化剂。
102.根据权利要求100所述的方法，其中所述氧化性气氛包含惰性气体和氧化剂。
103.根据权利要求102所述的方法，其中所述惰性气体是氮气、氩气、氦气、氖气、氪气、氙气或其混合物。
104.根据权利要求102所述的方法，其中所述气体混合物包含氧气和氩气。
105.根据权利要求100至104中任一项所述的方法，其中所述方法包括将包含氧气的气体混合物注入含有所述石墨烯纳米片的封罩中。
106.根据权利要求105所述的方法，其中在恒定流量下注入所述气体混合物。
107.根据权利要求105所述的方法，其中在约1-10slpm的恒定流量下注入所述气体混合物。
108.根据权利要求105或106所述的方法，其中所述反应性气氛是还原性气氛。
109.根据权利要求108所述的方法，其中所述还原性气氛包含还原剂，所述还原剂是NH4、H2、H2S、CO及其混合物。
110.根据权利要求108所述的方法，其中所述还原性气氛包含惰性气体和还原剂。
111.根据权利要求90至110中任一项所述的方法，其中所述方法有效降低所述石墨烯纳米片中的多环芳烃浓度为低于约2％。
112.根据权利要求90至110中任一项所述的方法，其中所述方法有效降低所述石墨烯纳米片中的多环芳烃浓度为低于约1％。
113.根据权利要求90至112中任一项所述的方法，其中在至少约300℃的温度加热所述石墨烯纳米片。
114.根据权利要求90至112中任一项所述的方法，其中在至少约400℃的温度加热所述石墨烯纳米片。
115.根据权利要求90至112中任一项所述的方法，其中在至少约500℃的温度加热所述石墨烯纳米片。
116.根据权利要求90至112中任一项所述的方法，其中在至少约600℃的温度加热所述石墨烯纳米片。
117.根据权利要求90至112中任一项所述的方法，其中在约200℃至约1000℃的温度加热所述石墨烯纳米片。
118.根据权利要求90至112中任一项所述的方法，其中在约200℃至约750℃的温度加热所述石墨烯纳米片。
119.根据权利要求90至112中任一项所述的方法，其中在约300℃至约550℃的温度加热所述石墨烯纳米片。
120.根据权利要求90至119中任一项所述的方法，其中所述方法在大气压下进行。
121.根据权利要求90至119中任一项所述的方法，其中所述方法在低于大气压下或在部分真空下进行。
122.根据权利要求90至119中任一项所述的方法，其中所述方法在高于大气压下进行。
123.根据权利要求90至119中任一项所述的方法，其中所述方法在没有液体或溶剂的情况下进行。
124.根据权利要求90至119中任一项所述的方法，其中所述方法是干式方法。
125.根据权利要求90至124中任一项所述的方法，其中所述方法是连续方法。
126.根据权利要求90至124中任一项所述的方法，其中所述方法在流化床反应器中进行。
127.根据权利要求90至124中任一项所述的方法，其中所述方法在旋转烘箱中进行。
128.根据权利要求90至124中任一项所述的方法，其中所述方法是分批方法。
129.根据权利要求93至128中任一项所述的方法，其中将所述石墨烯纳米片用温度低于1300℃的淬冷气体淬冷。
130.根据权利要求90至128中任一项所述的方法，其中将所述石墨烯纳米片用温度低于900℃的淬冷气体淬冷。
131.根据权利要求90至128中任一项所述的方法，其中将所述石墨烯纳米片用温度低于600℃的淬冷气体淬冷。
132.根据权利要求90至128中任一项所述的方法，其中将所述石墨烯纳米片用温度低于300℃的淬冷气体淬冷。
133.根据权利要求90至128中任一项所述的方法，其中将所述石墨烯纳米片用温度低于100℃的淬冷气体淬冷。
134.根据权利要求90、91和93至99中任一项所述的方法，其中以至少50slpm淬冷气体/每分钟摩尔碳的淬冷气体与碳之比注入所述含碳物质。
135.根据权利要求90至133中任一项所述的方法，其中以至少160slpm淬冷气体/每分钟摩尔碳的淬冷气体与碳之比注入所述含碳物质。
136.根据权利要求90至133中任一项所述的方法，其中以至少250slpm淬冷气体/每分钟摩尔碳的淬冷气体与碳之比注入所述含碳物质。
137.根据权利要求90、91和93至99中任一项所述的方法，其中以约50slpm至约125slpm淬冷气体/每分钟摩尔碳的淬冷气体与碳之比注入所述含碳物质。
138.根据权利要求90至133中任一项所述的方法，其中以约100slpm至约250slpm淬冷气体/每分钟摩尔碳的淬冷气体与碳之比注入所述含碳物质。
139.根据权利要求90至93、95和97至99中任一项所述的方法，其中使用多个喷射口进行所述含碳物质的所述注入。
140.根据权利要求90至99中任一项所述的方法，其中使用至少3个喷射口进行所述含碳物质的所述注入。
141.根据权利要求90至99中任一项所述的方法，其中使用至少4个喷射口进行所述含碳物质的所述注入。
142.根据权利要求90至99中任一项所述的方法，其中使用至少5个喷射口进行所述含碳物质的所述注入。
143.根据权利要求90至99中任一项所述的方法，其中使用多于5个喷射口进行所述含碳物质的所述注入。
144.根据权利要求90至94和97至99中任一项所述的方法，其中以至少120g/h的速率产生所述石墨烯纳米片。
145.根据权利要求90至99中任一项所述的方法，其中以至少150g/h的速率产生所述石墨烯纳米片。
146.根据权利要求90至99中任一项所述的方法，其中以至少200g/h的速率产生所述石墨烯纳米片。
147.根据权利要求90至99中任一项所述的方法，其中以至少250g/h的速率产生所述石墨烯纳米片。
148.根据权利要求90至99中任一项所述的方法，其中以约120g/h至约150g/h的速率产生所述石墨烯纳米片。
149.根据权利要求90至99中任一项所述的方法，其中以约150g/h至约250g/h的速率产生所述石墨烯纳米片。
150.根据权利要求90至149中任一项所述的方法，其中将所述石墨烯纳米片用淬冷气体淬冷，所述淬冷气体以至少3slpm所述淬冷气体/kW供应的炬功率的速率进给。
151.根据权利要求90至92、94和96至99中任一项所述的方法，其中所述石墨烯纳米片用淬冷气体淬冷，所述淬冷气体以至少1slpm所述淬冷气体/kW供应的炬功率的速率进给。
152.根据权利要求90至92、94和96至99中任一项所述的方法，其中将所述石墨烯纳米片用淬冷气体淬冷，所述淬冷气体以至少0.5slpm所述淬冷气体/kW供应的炬功率的速率进给。
153.根据权利要求90至92、94和96至99中任一项所述的方法，其中将所述石墨烯纳米片用淬冷气体淬冷，所述淬冷气体以约0.5slpm至约1.5slpm所述淬冷气体/kW供应的炬功率的速率进给。
154.根据权利要求90至149中任一项所述的方法，其中将所述石墨烯纳米片用淬冷气体淬冷，所述淬冷气体以约1.5slpm至约4slpm所述淬冷气体/kW供应的炬功率的速率进给。
155.根据权利要求90至96和98至99中任一项所述的方法，其中以至少1g/kWh供应的炬功率的速率产生所述石墨烯纳米片。
156.根据权利要求90至99中任一项所述的方法，其中以至少2.5g/kWh供应的炬功率的速率产生所述石墨烯纳米片。
157.根据权利要求90至99中任一项所述的方法，其中以至少3g/kWh供应的炬功率的速率产生所述石墨烯纳米片。
158.根据权利要求90至99中任一项所述的方法，其中以至少5g/kWh供应的炬功率的速率产生所述石墨烯纳米片。
159.根据权利要求90至99中任一项所述的方法，其中以约2g/kWh供应的炬功率至约3g/kWh供应的炬功率的速率产生所述石墨烯纳米片。
160.根据权利要求90至99中任一项所述的方法，其中以约3g/kWh供应的炬功率至约5g/kWh供应的炬功率的速率产生所述石墨烯纳米片。
161.根据权利要求90至160中任一项所述的方法，其中所述含碳物质是含碳气体。
162.根据权利要求161所述的方法，其中所述含碳气体是C1-C4烃。
163.根据权利要求162所述的方法，其中所述含碳气体选自甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、氯乙烯、丙烷、丙烯、环丙烷、丙二烯、丙炔、丁烷、2-甲基丙烷、1-丁烯、2-丁烯、2-甲基丙烯、环丁烷、甲基环丙烷、1-丁炔、2-丁炔、环丁烯、1,2-丁二烯、1,3-丁二烯或1-丁烯-3-炔或其混合物。
164.根据权利要求90至52中任一项所述的方法，其中所述含碳物质是含碳液体。
165.根据权利要求160所述的方法，其中含碳液体是C5-C10烃。
166.根据权利要求160所述的方法，其中所述含碳液体选自正丙醇、1,2-二氯乙烷、烯丙醇、丙醛、溴乙烯、戊烷、己烷、环己烷、庚烷、苯、甲苯、二甲苯或苯乙烯或其混合物。
167.根据权利要求90至160中任一项所述的方法，其中所述含碳物质是甲烷或天然气。
168.根据权利要求90至160中任一项所述的方法，其中所述含碳物质是含碳固体。
169.根据权利要求160所述的方法，其中所述含碳固体选自石墨、炭黑、降冰片烯、萘、蒽、菲、聚乙烯、聚丙烯或聚苯乙烯或其混合物。
170.根据权利要求161至169中任一项所述的方法，其中所述含碳气体、含碳液体或含碳固体与载气混合。
171.根据权利要求170所述的方法，其中所述载气包含惰性气体。
172.根据权利要求171所述的方法，其中所述惰性气体选自氩气、氦气、氮气、氢气或其混合物。
173.根据权利要求90至172中任一项所述的方法，其中所述淬冷气体选自氩气、氦气、氮气、氢气或其混合物。
174.根据权利要求90至172中任一项所述的方法，其中所述淬冷气体包含惰性气体。
175.根据权利要求90至172中任一项所述的方法，其中所述淬冷气体包含氢气。
176.根据权利要求90至172中任一项所述的方法，其中所述淬冷气体包含氩气。
177.根据权利要求90至92、94和98至99中任一项所述的方法，其中对于每kW供应的等离子体炬功率，所述淬冷气体以1-10slpm气体的速率进给。
178.根据权利要求90至177中任一项所述的方法，其中所述热区的温度为约4000℃至约11 000℃。
179.根据权利要求90至177中任一项所述的方法，其中所述热区的温度为约3000℃至约8000℃。
180.根据权利要求90至177中任一项所述的方法，其中所述热区的温度为约2600℃至约5000℃。
181.根据权利要求90至180中任一项所述的方法，其中以至少70m/s STP的速度注入所述含碳物质。
182.根据权利要求90至180中任一项所述的方法，其中以至少90m/s STP的速度注入所述含碳物质。
183.根据权利要求90至180中任一项所述的方法，其中以至少100m/s STP的速度注入所述含碳物质。
184.根据权利要求90至180中任一项所述的方法，其中以约60m/s STP至约100m/s STP的速度注入所述含碳物质。
185.根据权利要求90至180中任一项所述的方法，其中以约70m/s STP至约90m/s STP的速度注入所述含碳物质。
186.根据权利要求90至180中任一项所述的方法，其中以约75m/s STP至约85m/s STP的速度注入所述含碳物质。
187.根据权利要求90至186中任一项所述的方法，其中在所述热区周围注入所述淬冷气体。
188.根据权利要求90至187中任一项所述的方法，还包括收集所述产生的石墨烯纳米片。
189.根据权利要求188所述的方法，其中在袋式过滤器中、在滤筒上或用旋风分离器收集所述产生的石墨烯纳米片。
190.根据权利要求90至189中任一项所述的方法，其中根据通过ASTM D3663-78测量，所述石墨烯纳米片的B.E.T.比表面积大于或等于250m2/g。
191.根据权利要求90至189中任一项所述的方法，其中所述石墨烯纳米片的纵横比为至少5:1。
192.根据权利要求90至189中任一项所述的方法，其中所述石墨烯纳米片的纵横比为至少10:1。
193.根据权利要求92至99中任一项所述的方法，其中所述石墨烯纳米片的根据使用514nm的入射激光波长测量的拉曼G/D比为至少3。
194.根据权利要求92至99中任一项所述的方法，其中所述石墨烯纳米片的根据使用514nm的入射激光波长测量的拉曼2D/G比为至少0.8。
195.根据权利要求90至97和99中任一项所述的方法，其中所述供应的等离子体炬功率大于35kW。
196.根据权利要求90至194中任一项所述的方法，其中所述供应的等离子体炬功率大于100kW。
197.根据权利要求90至194中任一项所述的方法，其中所述供应的等离子体炬功率大于200kW。
198.根据权利要求90至194中任一项所述的方法，其中所述供应的等离子体炬功率大于1000kW。
199.根据权利要求90至198中任一项所述的方法，其中所述含碳物质的注入角度相对于所述等离子体的对称轴为约10度至约40度。
200.根据权利要求90至198中任一项所述的方法，其中所述含碳物质的注入角度相对于所述等离子体的对称轴为约15度至约35度。
201.根据权利要求90至198中任一项所述的方法，其中所述含碳物质的注入角度相对于所述等离子体的对称轴为约20度至约30度。
202.根据权利要求90至198中任一项所述的方法，其中所述含碳物质的注入角度相对于所述等离子体的对称轴为约25度。
203.根据权利要求90至198中任一项所述的方法，其中所述方法使用等离子体炬进行，所述等离子体炬包含用于注入所述含碳物质的多孔注入器。
204.根据权利要求90至198中任一项所述的方法，其中所述方法使用等离子体炬进行，所述等离子体炬包含用于注入所述含碳物质的喷头型喷嘴。
205.根据权利要求90至198中任一项所述的方法，其中所述方法使用等离子体炬进行，所述等离子体炬包含用于注入所述含碳物质的多孔注入器，其中对于每个注入器孔，注入速度为至少60m/s STP，并且注入角度相对于所述等离子体的对称轴为约10度至约40度。
206.根据权利要求90至198中任一项所述的方法，其中所述方法使用等离子体炬进行，所述等离子体炬包含用于注入所述含碳物质的多孔注入器，其中对于每个注入器孔，注入速度为至少60m/s STP，并且注入角度相对于所述等离子体的对称轴为约15度至约35度。
207.根据权利要求90至198中任一项所述的方法，其中所述方法使用等离子体炬进行，所述等离子体炬包含用于注入所述含碳物质的多孔注入器，其中对于每个注入器孔，注入速度为至少60m/s STP，并且注入角度相对于所述等离子体的对称轴为约20度至约30度。
208.根据权利要求90至198中任一项所述的方法，其中所述方法使用等离子体炬进行，所述等离子体炬包含用于注入所述含碳物质的多孔注入器，其中对于每个注入器孔，注入速度为至少60m/s STP，并且注入角度相对于所述等离子体的对称轴为约25度。
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