CN114604864B - 一种限域电化学法剥离石墨类材料制备石墨烯的方法 - Google Patents
一种限域电化学法剥离石墨类材料制备石墨烯的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114604864B CN114604864B CN202210372501.7A CN202210372501A CN114604864B CN 114604864 B CN114604864 B CN 114604864B CN 202210372501 A CN202210372501 A CN 202210372501A CN 114604864 B CN114604864 B CN 114604864B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- stripping
- graphene
- graphite
- graphite material
- electrochemical
- 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.)
- Active
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 111
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 81
- 239000007770 graphite material Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 26
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 12
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 12
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 25
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 22
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 15
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 15
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 14
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 14
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 9
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 9
- GVGUFUZHNYFZLC-UHFFFAOYSA-N dodecyl benzenesulfonate;sodium Chemical compound [Na].CCCCCCCCCCCCOS(=O)(=O)C1=CC=CC=C1 GVGUFUZHNYFZLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229940080264 sodium dodecylbenzenesulfonate Drugs 0.000 claims description 8
- 229910021383 artificial graphite Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 claims description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 150000003863 ammonium salts Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 2
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 7
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract 1
- 229910000939 field's metal Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 8
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 4
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 4
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 4
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 4
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 4
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 3
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 3
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 238000005411 Van der Waals force Methods 0.000 description 2
- JDZCKJOXGCMJGS-UHFFFAOYSA-N [Li].[S] Chemical compound [Li].[S] JDZCKJOXGCMJGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 description 2
- 239000011232 storage material Substances 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003929 acidic solution Substances 0.000 description 1
- BFNBIHQBYMNNAN-UHFFFAOYSA-N ammonium sulfate Chemical compound N.N.OS(O)(=O)=O BFNBIHQBYMNNAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052921 ammonium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011130 ammonium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical group 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000002482 conductive additive Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical group [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 239000005077 polysulfide Substances 0.000 description 1
- 229920001021 polysulfide Polymers 0.000 description 1
- 150000008117 polysulfides Polymers 0.000 description 1
- OTYBMLCTZGSZBG-UHFFFAOYSA-L potassium sulfate Chemical compound [K+].[K+].[O-]S([O-])(=O)=O OTYBMLCTZGSZBG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910052939 potassium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011151 potassium sulphates Nutrition 0.000 description 1
- 150000003254 radicals Chemical class 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 230000037303 wrinkles Effects 0.000 description 1
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
-
- 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
- C01B32/194—After-treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/135—Carbon
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
本发明属于石墨烯制备技术领域,提出了限域电化学法剥离石墨类材料制备石墨烯的方法,配置电化学剥离液及预处理液;石墨材料置于预处理液静置;预处理后的石墨材料与限域金属网作为阳极,金属铂片作为阴极,置于混合电化学玻璃液中;进行预剥离和恒压剥离;过滤、洗涤、超声分散和冷冻干燥得到石墨烯。经该方法得到的石墨烯缺陷低,质量好。而且该方法的制备所需原料简单易得,加工过程简单,反应所需的工程工艺参数易于达到,适宜于工业生产,具有重要的科学价值和广泛地应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及石墨烯制备技术领域,具体涉及一种限域电化学法剥离石墨类材料制备石墨烯的方法。
背景技术
石墨烯是一种由碳原子的单双键混排构成的二维片层新材料,是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成的具有六角型呈蜂巢晶格平面结构,且只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯虽然材料本身极薄,但其韧性极强,同样尺寸的石墨烯其断裂所需强度是同样尺寸的钢材断裂强度的200倍,石墨烯材料又兼具很好的弹性,其材料本身能延展到自身尺寸的20%,它是目前自然界最薄、强度最高的材料。石墨烯在当下的市场中已经有了大量的实际应用,在储能材料领域的锂硫电池中,石墨烯可以作为锂硫电池中的硫宿主,可以吸附反应中产生的副产物,阻碍多硫化物的“穿梭效应”。此外,单层石墨烯几乎是完全透明的,一方面,它非常致密,最小的气体氦原子也无法穿透。另一方面由于材料本身的优异热电性能等,这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料,如透明的触摸显示屏、发光板、储能材料和太阳能电池板,在未来十年二十年里,将成为便携式穿戴设备的主要构成材料。
批量制备生产高品质石墨烯是当前阻碍最大的一个问题,现有的氧化还原法批量制备石墨烯,由于强氧化剂、酸性溶液大量使用,不仅在安全上有极大隐患,在材料结构本身上,由于缺陷过多,相对高的含氧量导致导电性极低,远不能和物理球磨法制备出的石墨烯相比,基本无法在电子器件领域内大规模应用。
主流制备石墨烯方法有:
1)电化学插层剥离法,“Synthesis ofgraphene materials byelectrochemicalexfoliation:Recent progress and future potential”中提到,电化学插层剥离法是广为人知绿色制备方法,该方法在电剥离溶液中将石墨材料进行电化学插层剥离制备石墨烯,但是该法由于不均匀的离子插层,剥离的石墨材料多为几十层、上百层,石墨烯含量极低。
2)氧化还原法,“Preparation of single-layer graphene based on a wetchemicalsynthesis route and the effect on electrochemical properties bydoublelayering surface functional groups to modify graphene oxide”中提到,该法以石墨粉体为原料,通过添加氧化剂等,对原料通过氧化,过程中进行反复多次剪切插层,膨胀撑大层间距,破坏分子间作用力(范德华瓦尔斯力),来批量生产石墨烯。该法最大的优势是可以在一定规模下批量制备,但是该法制备程序多,过程复杂,耗时长,且制备出的石墨烯缺陷较多,层数较多。
3)化学气相沉积(CVD)“CVD法制备石墨烯材料及其表征”中提到,以含碳化合物为碳源,在高温下将碳源裂解生成碳原子并渗入到金属基体内,降低温度后,碳原子会从金属基体内析出,进而生成石墨烯。但是这种单原子生长为石墨烯的制备方法成本极高,固然制备出的石墨烯缺陷较少,质量较好,但生产流程复杂,这种方法在石墨烯量产及后续的应用上造成了极大的阻碍。
上述三种方法中存在一些不可忽视的缺点,如:制备出来石墨烯缺陷度高、制备过程复杂、成本高、耗时长、不易操作等特点。
优质石墨烯的制备到目前为止还处于初步阶段,由于石墨烯材料本身具有较大的比表面积,同时热电性也非常好,故石墨烯将会被广泛的应用于储能器件的电极材料、导电添加剂中。
发明内容
本发明提供了一种限域电化学法剥离石墨类材料制备石墨烯的方法;利用电化学法阳极剥离石墨类材料制备优质石墨烯。
本发明的技术方案如下:一种限域电化学法剥离石墨类材料制备石墨烯的方法,包括如下步骤:
1)配制0.1-0.5mol/L硫酸盐和0.05-0.1mol/L铵盐的混合电化学剥离液;将十二烷基苯磺酸钠溶解于0.5mol/L的500ml硫酸中配置成预处理液,其中十二烷基苯磺酸钠质量为15-35g;将石墨材料置于预处理液中常温静置24h;
2)限域金属网呈可折叠状,其包裹于静置后的石墨材料外层,二者压平后共同作为阳极,金属铂片作为阴极,在电解槽中倒入混合电化学剥离液,连接直流电源;
3)直流电源恒压6-8V预剥离30min,再升高恒定电压至10-12V恒压剥离;每恒压剥离40min后交换直流电源正负极;直到石墨材料完全剥离或直流电源电流骤降为零;
4)过滤、洗涤:将剥离后的石墨材料过滤洗涤得到插层石墨材料;将插层石墨材料超声分散,得到以水为分散剂的石墨烯分散溶液;
5)冷冻干燥:将石墨烯的水溶液冷冻干燥得到石墨烯。冷冻干燥的作用是尽量避免石墨烯材料沿基面垂直方向的堆叠,从而有利于石墨烯的生成。
所述硫酸盐为Na2S04、(NH4)2SO4、K2SO4。
所使用的石墨材料为天然鳞片石墨或人工石墨。石墨箔片为高度化的“晶体"石墨,“晶体"石墨结品构造好,石墨化程度高。
阳极与阴极的间隔距离为4cm。
上述所使用的预剥离是指电压为6-12V时电剥离液中产生的自由基(O、OH)能够攻击和腐蚀石墨的边缘晶界,而使得边缘石墨被破坏,石墨层状材料的层间通道打开,从而有利于SO4 2-插入石墨的层与层之间。
所述恒压剥离指预剥离30min后的电剥离液中,SO4 2-插入到石墨的层与层之间,在达到其对应的电极还原偏压后,发生氧化还原反应,生成了气体,增加了石墨层间距离,从而破坏了层间范德华力,而产生少层石墨烯材料。
所述洗涤采用为去离子水,其作用是洗去杂质,如SO4 2-、OH-、H+、Na+、K+等;
所述超声分散的材料为去离子水,超声分散时间为90min,分散功率为120W,分散频率为45Hz。
所述冷冻干燥的冷冻剂为氟利昂,冷冻干燥的时间不大于48H。
所述限域金属网为铁网、铜网、镍网或钛网。
本发明具有以下有益效果:
1)本发明制备石墨烯的发明操作容易、原料简单易得、成本低、工艺过程简单、步骤少、生产周期短、产品的结构优异、适宜于工业生产。
2)利用电化学剥离石墨材料生产出来的石墨烯可广泛应用于能源、环境、传感和生物化工等诸多领域,具有重要的科学价值和广泛地应用前景。
3)通过本发明制备出的石墨烯为优质石墨烯,较之前方法获得石墨烯相比,石墨烯缺陷少(ID/IG仅为0.35),结构质量相对较好。
附图说明
图1为实施例1中得到的石墨烯SEM图;
图2为实施例1中所获得的石墨烯拉曼光谱图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步说明,但不是对本发明的限定。
实施例1
1)准备天然鳞片石墨、电解槽、聚四氟乙烯盖、金属铂片、直流电源、去离子水、硫酸盐、限域网、铁架台和导电夹子;
2)配制0.1mol/L硫酸钠和0.05mol/L氯化铵的混合电化学剥离液;将15g十二烷基苯磺酸钠溶解于500ml的0.5mol/L硫酸中配置成预处理液;将天然鳞片石墨置于预处理液中常温静置24h;
3)将预处理液中静置后的天然鳞片石墨取出,将其与限域金属网作为阳极,金属铂片作为阴极,阳极阴极间距为4cm;在电解槽中倒入混合电化学剥离液,连接直流电源;
4)直流电源恒压6V预剥离30min,升高恒定电压至12V进行恒压剥离;每恒压剥离40min后交换直流电源正负极;直到石墨材料完全剥离或直流电源电流骤降为零;
5)过滤、洗涤:将剥离后的石墨材料减压真空抽滤,再用去离子水洗涤得到插层石墨材料;将插层石墨材料用去离子水超声分散,超声分散时间为90min,分散功率为120W,分散频率为45Hz,得到石墨烯的水溶液;
6)冷冻干燥:将得到的石墨烯的水溶液用氟利昂冷冻干燥得到石墨烯,冷冻干燥的时间不大于48H。冷冻干燥的作用是尽量避免石墨烯材料沿基面垂直方向的堆叠,从而有利于石墨烯的生成。
如图1所示,由图1中SEM图像可知电化学制备出来的石墨烯具有明显的褶皱结构。
如图2所示,由图2中拉曼曲线的曲线克制ID/IG=0.35,所以限域电化学法制备的石墨烯缺陷较低,其质量相对较好。
实施例2
1)准备人工石墨片、电解槽、聚四氟乙烯盖、金属铂片、直流电源、去离子水、硫酸盐、限域网、铁架台和导电夹子;
2)配制0.2mol/L硫酸铵和0.1mol/L氯化铵的混合电化学剥离液;将35g十二烷基苯磺酸钠溶解于500ml的0.5mol/L硫酸中配置成预处理液;将人工石墨片置于预处理液中常温静置24h;
3)将预处理液中静置后的人工石墨片取出,其与限域金属网共同作为阳极,金属铂片作为阴极,阳极阴极间距为4cm,置于混合电化学剥离液中,连接直流电源;
4)直流电源恒压8V预剥离30min,升高恒定电压至10V恒压剥离;每恒压剥离40min后交换直流电源正负极;直到石墨完全剥离或直流电源电流骤降为零;
5)过滤、洗涤:将剥离后的石墨材料减压真空抽滤,再用去离子水洗涤得到插层石墨材料;将插层石墨材料用去离子水超声分散,超声分散时间为90min,分散功率为120W,分散频率为45Hz,得到石墨烯的水溶液;
6)冷冻干燥:将得到的石墨烯的水溶液用氟利昂冷冻干燥得到石墨烯(ID/IG=0.78)。
实施例3
1)准备天然鳞片石墨、电解槽、聚四氟乙烯盖、金属铂片、直流电源、去离子水、硫酸盐、限域网、铁架台和导电夹子;
2)配制0.5mol/L硫酸钾和0.1mol/L氯化铵的混合电化学剥离液;将20g十二烷基苯磺酸钠溶解于500ml的0.5mol/L硫酸中配置成预处理液;将天然鳞片石墨置于预处理液中常温静置24h;
3)将预处理液中静置后的天然鳞片石墨取出,其与限域金属网共同作为阳极,金属铂片作为阴极,阳极阴极间距为4cm置于混合电化学剥离液中,连接直流电源;
4)直流电源恒压6V预剥离30min,升高恒定电压至10V恒压剥离;每恒压剥离40min后交换直流电源正负极;直到石墨完全剥离或直流电源电流骤降为零;
5)过滤、洗涤:将剥离后的石墨材料减压真空抽滤,再用去离子水洗涤得到插层石墨材料;将插层石墨材料用去离子水超声分散,超声分散时间为90min,分散功率为120W,分散频率为45Hz,得到石墨烯的水溶液;
6)冷冻干燥:将得到的石墨烯的水溶液用氟利昂冷冻干燥得到石墨烯(ID/IG=0.74)。
实施例4
本实施例4为实施例1的对比例。
1)准备天然鳞片石墨、电解槽、聚四氟乙烯盖、金属铂片、直流电源、去离子水、硫酸盐、铁架台和导电夹子;
2)配制0.1mol/L硫酸钠和0.05mol/L铵盐的混合电化学剥离液;将15g十二烷基苯磺酸钠溶解于500ml的0.5mol/L硫酸中配置成预处理液;将天然鳞片石墨置于预处理液中常温静置24h;
3)将预处理液中静置后的天然鳞片石墨取出,作为阳极,金属铂片作为阴极,阳极与阴极间距为4cm,置于混合电化学剥离液中,连接直流电源;
4)直流电源恒压6V预剥离30min,升高恒定电压至12V恒压剥离;每恒压剥离40min后交换直流电源正负极,直到直流电源电流骤降为零;
5)过滤、洗涤:将剥离后的石墨材料减压真空抽滤,再用去离子水洗涤得到插层石墨材料;将插层石墨材料用去离子水超声分散,超声分散时间为90min,分散功率为120W,分散频率为45Hz,得到石墨烯的水溶液;
6)冷冻干燥:将得到的石墨烯的水溶液用氟利昂冷冻干燥得到石墨烯(与实施例1中相比,ID/IG=1.16)。
综上所述,经过限域电化学法制备的石墨烯与不加限域金属网制备的石墨烯相比,限域能有效的对粗略剥离的大块石墨进一步剥离,达到多次剥离效果,故得到的石墨烯质量更好。
Claims (7)
1.一种限域电化学法剥离石墨类材料制备石墨烯的方法,包括如下步骤:
1)配制含有硫酸盐和铵盐的混合电化学剥离液;将十二烷基苯磺酸钠溶解于0.5mol/L的硫酸中配置成预处理液;将石墨材料置于预处理液中常温静置;
2)限域金属网包裹于静置后的石墨材料外层,二者压平后共同作为阳极,金属铂片作为阴极,置于混合电化学剥离液中,连接直流电源;
3)直流电源恒定电压预剥离30min,升高恒定电压开始恒压剥离;每恒压剥离40min后交换直流电源正负极,直至石墨材料完全剥离或直流电源电流骤降为零;预剥离的电压范围为6-8V;恒压剥离的电压范围为10-12V;
4)将剥离后的石墨材料过滤洗涤得到插层石墨材料;将插层石墨材料进行超声分散,得到以水为分散剂的石墨烯分散溶液;
5)冷冻干燥:将石墨烯的水溶液冷冻干燥得到石墨烯;
所述限域金属网为铁网、铜网、镍网或钛网。
2.根据权利要求1所述的限域电化学法剥离石墨类材料制备石墨烯的方法,其特征在于,所述硫酸盐为Na2S04、(NH4)2SO4或K2SO4;混合电化学剥离液中硫酸盐浓度为0.1-0.5mol/L;混合电化学剥离液中铵盐浓度为0.05-0.1mol/L。
3.根据权利要求1或2所述的限域电化学法剥离石墨类材料制备石墨烯的方法,其特征在于,所述预处理液的配置过程中,每500ml硫酸溶解15-35g的十二烷基苯磺酸钠。
4.根据权利要求1或2所述的限域电化学法剥离石墨类材料制备石墨烯的方法,其特征在于,所述石墨材料为天然鳞片石墨或人工石墨。
5.根据权利要求1或2所述的限域电化学法剥离石墨类材料制备石墨烯的方法,其特征在于,所述常温静置24h。
6.根据权利要求1所述的限域电化学法剥离石墨类材料制备石墨烯的方法,其特征在于,所述阳极和阴极的间距为4cm。
7.根据权利要求1所述的限域电化学法剥离石墨类材料制备石墨烯的方法,其特征在于,所述超声分散的材料为去离子水,超声分散时间为90min,分散功率为120W,分散频率为45Hz。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210372501.7A CN114604864B (zh) | 2022-04-11 | 2022-04-11 | 一种限域电化学法剥离石墨类材料制备石墨烯的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210372501.7A CN114604864B (zh) | 2022-04-11 | 2022-04-11 | 一种限域电化学法剥离石墨类材料制备石墨烯的方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN114604864A CN114604864A (zh) | 2022-06-10 |
CN114604864B true CN114604864B (zh) | 2023-08-22 |
Family
ID=81869368
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202210372501.7A Active CN114604864B (zh) | 2022-04-11 | 2022-04-11 | 一种限域电化学法剥离石墨类材料制备石墨烯的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN114604864B (zh) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115010122B (zh) * | 2022-06-17 | 2023-07-14 | 中钢集团南京新材料研究院有限公司 | 一种制备高氧化石墨烯的方法 |
CN115536014B (zh) * | 2022-09-21 | 2023-11-21 | 石家庄铁道大学 | 一种电化学制备石墨烯的方法 |
CN115784216B (zh) * | 2023-01-05 | 2024-03-19 | 沈阳理工大学 | 一种应用于铅碳电池负极材料的石墨烯的制备方法 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105948025A (zh) * | 2016-05-05 | 2016-09-21 | 德阳烯碳科技有限公司 | 一种电化学制备石墨烯的方法 |
CN107902647A (zh) * | 2017-11-27 | 2018-04-13 | 广西师范大学 | 一种以ttab为电解质的电化学阴极剥离石墨箔片制备石墨烯的方法 |
CN107954420A (zh) * | 2017-11-13 | 2018-04-24 | 广西师范大学 | 一种电化学阳极剥离石墨箔片制备三维石墨烯的方法 |
CN108101033A (zh) * | 2018-01-12 | 2018-06-01 | 广西师范大学 | 一种以dtab为电解质的电化学阴极剥离石墨箔片制备石墨烯的方法 |
CN108117065A (zh) * | 2017-12-14 | 2018-06-05 | 北京化工大学 | 一种采用交替电流剥离制备石墨烯的方法 |
US20190112195A1 (en) * | 2016-03-22 | 2019-04-18 | Institute Of Metal Research Chinese Academy Of Sciences | Method for Continuously Preparing Graphene Oxide Nanoplatelet |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108675286A (zh) * | 2018-07-11 | 2018-10-19 | 天津工业大学 | 高效剥离石墨粉制备功能化石墨烯的方法 |
-
2022
- 2022-04-11 CN CN202210372501.7A patent/CN114604864B/zh active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20190112195A1 (en) * | 2016-03-22 | 2019-04-18 | Institute Of Metal Research Chinese Academy Of Sciences | Method for Continuously Preparing Graphene Oxide Nanoplatelet |
CN105948025A (zh) * | 2016-05-05 | 2016-09-21 | 德阳烯碳科技有限公司 | 一种电化学制备石墨烯的方法 |
CN107954420A (zh) * | 2017-11-13 | 2018-04-24 | 广西师范大学 | 一种电化学阳极剥离石墨箔片制备三维石墨烯的方法 |
CN107902647A (zh) * | 2017-11-27 | 2018-04-13 | 广西师范大学 | 一种以ttab为电解质的电化学阴极剥离石墨箔片制备石墨烯的方法 |
CN108117065A (zh) * | 2017-12-14 | 2018-06-05 | 北京化工大学 | 一种采用交替电流剥离制备石墨烯的方法 |
CN108101033A (zh) * | 2018-01-12 | 2018-06-01 | 广西师范大学 | 一种以dtab为电解质的电化学阴极剥离石墨箔片制备石墨烯的方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN114604864A (zh) | 2022-06-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN114604864B (zh) | 一种限域电化学法剥离石墨类材料制备石墨烯的方法 | |
Jia et al. | A novel three-dimensional hierarchical NiCo2O4/Ni2P electrode for high energy asymmetric supercapacitor | |
CN108117065B (zh) | 一种采用交替电流剥离制备石墨烯的方法 | |
CN102807213B (zh) | 电化学制备石墨烯的方法 | |
CN113151857B (zh) | 一种二维超薄镍掺杂二硫化钼纳米片及其制备方法和应用 | |
CN106744841B (zh) | 一种单层石墨烯构筑的三维多孔石墨烯薄膜的制备方法 | |
CN110316729B (zh) | 一种基于高浓度有机盐水溶液电化学插层制备石墨烯的方法 | |
CN109306498B (zh) | 一种二维超薄二硫化铌纳米片的制备方法及产品和应用 | |
CN102465309A (zh) | 一种石墨烯制备方法 | |
CN103451670B (zh) | 一种石墨烯的电化学制备法 | |
CN113249751B (zh) | 一种二维碳化钛支撑的稳定双相二硒化钼复合材料及制备方法和应用 | |
Kim et al. | Epitaxial electrodeposition of single crystal MoTe2 nanorods and Li+ storage feasibility | |
CN111217361B (zh) | 一种电化学阴极剥离制备石墨烯纳米片的方法 | |
CN113060722A (zh) | 一种高质量石墨烯材料的电化学制备方法 | |
CN103956471B (zh) | 一种电泳-电沉积制备碳/锗叠层复合负极材料的方法 | |
Li et al. | Electrochemical synthesis of 2D antimony, bismuth and their compounds | |
Yang et al. | Scalable fabrication of carbon nanomaterials by electrochemical dual-electrode exfoliation of graphite in hydroxide molten salt | |
Shi et al. | Green synthesis of high-performance porous carbon coated silicon composite anode for lithium storage based on recycled silicon kerf waste | |
CN109321948A (zh) | 一种快速绿色电化学制备银纳米棒的方法 | |
CN113479868A (zh) | 一种有机酸铵熔盐双极电化学剥离制备石墨烯的方法 | |
Khanum et al. | Tailoring the graphene framework by embedding Nb2O5 and silver nanoparticles for electrodes in energy storage applications | |
CN112047330A (zh) | 一种实现电化学法生产石墨烯的同步剥离收集方法 | |
Chang et al. | Few-layer graphene as an additive in negative electrodes for lead-acid batteries | |
CN108190874B (zh) | 一种制备功能化石墨烯的装置及方法 | |
Zhang et al. | Ultrafast alternating-current exfoliation toward large-scale synthesis of graphene and its application for flexible supercapacitors |
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 | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |