CN114988400A - 一种厚片石墨烯的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种厚片石墨烯的制备方法，涉及一种石墨烯制备方法。该方法第一步通过将鳞片石墨分散在适当的溶剂中，通过一些氧化剂的强氧化作用和插层剂的插层作用实现对鳞片石墨的氧化插层得到插层石墨浆液，产物经过滤、洗涤、干燥等处理后得到黑色粉末即为插层石墨，第二步，将第一步中所得插层石墨进行膨胀剥离后得厚片石墨烯。本发明制备的厚片石墨烯具有良好的增强增韧效果、制备方法简单，条件容易控制，后处理方便等优点，其在简易制备石墨烯领域、树脂增强增韧领域具有潜在的应用价值。

Description

一种厚片石墨烯的制备方法

技术领域

本发明涉及一种石墨烯制备方法，特别是涉及一种厚片石墨烯的制备方法。

背景技术

石墨烯为sp²杂化构成的蜂巢结构的单层石墨片，关于石墨烯的第一篇论文发表于2004年，首次制备出了室温下稳定存在的二维材料，打破了二维材料不能在室温下稳定存在的说法，其发现者因此而获得了2010年的诺贝尔物理学奖。由于石墨烯具有优异的力学、电学性能，同时具有较高的透光率，作为碳家族的新成员而备受关注，使得石墨烯在电子、信息、能源、材料、生物医药等领域有着广阔的应用前景。很大一部分研究者在研究制备大面积制备单层或少层石墨烯；同样有许多研究者在研究制备石墨烯粉体材料，其中氧化还原法是目前制备石墨烯粉体最常用的方法，也是实现石墨烯粉体大规模制备最有潜力的一个方法。

氧化还原法是制备石墨烯最常用的方法之一，被认为是工业生产石墨烯最有前途的方法。但该工艺在扩大生产过程中还存在许多问题，如降低程度控制、产品净化、环境污染等。因此石墨烯的研究方向日益趋向于两方面，一方面是大面积单层或少层石墨烯的制备，另一方面是能够采用绿色环保的方法大规模制备石墨烯，以实现其工业用途。

发明内容

本发明目的在于提供一种厚片石墨烯的制备方法，该方法是通过氧化插层将插层剂插入鳞片石墨层间，制备出插层石墨（IG），通过高温膨胀或微波膨胀等防止实现插层剂的分解、从而产生大量气体实现石墨层的剥离，从而得到厚片石墨烯（TSG），本发明制备的厚片石墨烯具有良好的增强、增韧以及提升结晶度等效果，使其在树脂增强、增韧或其他领域中具有潜在应用价值。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种厚片石墨烯的制备方法，所述方法包括以下制备过程：

该厚片石墨烯的制备方法分为以下两个步骤，第一步将鳞片石墨通过氧化插层法制备插层石墨（IG）；第二步将所得到的插层石墨经过高温膨胀或者微波膨胀法进行膨胀，得到手风琴状厚片石墨烯（TSG）

在第一步制备插层石墨中，氧化插层过程中所用氧化剂为过硫酸钠、硝酸钠、高锰酸钾、重铬酸钾、浓硝酸、过氧化氢、高氯酸中的一种或几种；插层剂为十二烷基硫酸钠、十六烷基溴化铵、磷酸、高氯酸、硫酸、硼酸、氯化铜中的一种或几种；反应温度控制在15-50℃；；反应温度控制在20-40℃之间；反应时间控制在20-120min之间；制备厚片石墨烯过程中，低温阶段需将体系温度控制在15℃以下，稀释过程中需控制温度低于30℃；

在第二步中，膨胀剥离过程中所用膨胀剥离方法为微波膨胀剥离或高温膨胀剥离，高温膨胀温度在300-600℃。

本发明的优点与效果是：

1.本发明制备方法简单，设备要求低，原料易得，可用于材料增强、增韧以及导热等方面。

2.本发明制备条件容易控制，后处理方便，能够大规模、高效制备高性能石墨烯。

3.本发明制备的厚片有更好的后续利用价值，可用于获得高性能石墨烯/聚合物基复合材料。

4.本发明制备的乙烯基功能化石墨烯为黑色固体粉末，具有良好的增强、增韧效果、制备方法简单，条件容易控制，后处理方便。本发明旨在合成厚片石墨烯，使其能够在树脂增强、增韧或其他领域中具有潜在应用价值。

附图说明

图1为本发明制备的厚片石墨烯结构放大照片。

具体实施方式

下面结合附图所示实施例对本发明进行详细说明

实施例1：

第一步：向装有温度计和磁子的100mL三口烧瓶中加入30mL混酸（浓硫酸：浓磷酸=2：1），加入5g（80目）鳞片石墨，搅拌10min使鳞片石墨分散均匀。向石墨-混酸分散体系中缓慢加入0.5g(NH₄)₂PtCl₆和4g KMnO₄。将混合物在25℃下机械搅拌，反应30 min，将反应后混合液倒入盛有蒸馏水的烧杯中进行稀释，随后将石墨分散液经离心、洗涤、真空干燥后得到插层石墨（IG）。

第二步：将第一步所得插层石墨（IG）进行研磨，并置于N₂气氛保护下的高温管式炉中进行程序升温。在500℃条件下膨胀100min后停止加热，待降至室温后得到黑色粉末，即为厚片石墨烯（TSG）。

实施例2：

第一步：同实施例1

第二步：称取1g插层石墨（IG），将其加入到陶瓷坩埚中，放入微波炉中进行微波膨胀，膨胀1min后得黑色固体即为厚片石墨烯（TSG）。

实施例3：

第一步：向装有温度计和磁子的100mL三口烧瓶中加入30mL混酸（浓硫酸：浓硝酸=3：1），加入5g（80目）鳞片石墨，搅拌10min使鳞片石墨分散均匀。将混合物在25℃下机械搅拌，反应30 min，将反应后混合液倒入盛有蒸馏水的烧杯中进行稀释，随后将石墨分散液经离心、洗涤、真空干燥后得到插层石墨（IG）。

第二步：同实施例1，得黑色固体为厚片石墨烯（TSG）。

实施例4：

第一步：向装有温度计和磁子的100mL三口烧瓶中加入30mL浓硫酸，加入8.5g过硫酸钠，加热至60℃后加入5g（80目）鳞片石墨，搅拌10min使鳞片石墨分散均匀。将混合物在25℃下机械搅拌，反应30 min，将反应后混合液倒入盛有蒸馏水的烧杯中进行稀释，随后将石墨分散液经离心、洗涤、真空干燥后得到插层石墨（IG）。

第二步：同实施例1，得黑色固体为厚片石墨烯（TSG）。

Claims (1)

1.一种厚片石墨烯的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下制备过程：

厚片石墨烯的制备为两个步骤进行：第一步将鳞片石墨通过氧化插层、过滤洗涤干燥制备插层石墨；第二步，将插层石墨通过不同方法进行膨胀剥离得黑色厚片石墨烯固体粉末；

在第一步制备插层石墨中，氧化插层过程中所用氧化剂为过硫酸钠、硝酸钠、高锰酸钾、重铬酸钾、浓硝酸、过氧化氢、高氯酸中的一种或几种；插层剂为十二烷基硫酸钠、十六烷基溴化铵、磷酸、高氯酸、硫酸、硼酸、氯化铜中的一种或几种；反应温度控制在15-50℃；反应温度控制在20-40℃之间；反应时间控制在20-120min之间；制备厚片石墨烯过程中，低温阶段需将体系温度控制在15℃以下，稀释过程中需控制温度低于30℃；

在第二步中，膨胀剥离过程中所用膨胀剥离方法为微波膨胀剥离或高温膨胀剥离，高温膨胀温度在300-600℃。

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