JP2014136653A - Method of manufacturing reduction type graphene oxide - Google Patents

Method of manufacturing reduction type graphene oxide Download PDF

Info

Publication number
JP2014136653A
JP2014136653A JP2013004180A JP2013004180A JP2014136653A JP 2014136653 A JP2014136653 A JP 2014136653A JP 2013004180 A JP2013004180 A JP 2013004180A JP 2013004180 A JP2013004180 A JP 2013004180A JP 2014136653 A JP2014136653 A JP 2014136653A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
graphene oxide
metal
mass
doped
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.)
Granted
Application number
JP2013004180A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5357346B1 (en
Inventor
Kazuko Izawa
和子 伊澤
Ai Shibuya
愛 渋谷
Mitsuho Koyanagi
三穂 小▲柳▼
Tomoyuki Makino
友幸 牧野
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.)
Micc Tec
MICC TEC CO Ltd
Original Assignee
Micc Tec
MICC TEC CO Ltd
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 Micc Tec, MICC TEC CO Ltd filed Critical Micc Tec
Priority to JP2013004180A priority Critical patent/JP5357346B1/en
Priority to TW102140438A priority patent/TWI474975B/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5357346B1 publication Critical patent/JP5357346B1/en
Publication of JP2014136653A publication Critical patent/JP2014136653A/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing metal non-dope or metal dope reduction type graphene oxide useful as a material for a capacitor and the like.SOLUTION: The graphene oxide is heated at 100 to 400°C. The graphene oxide is obtained by (1) a process of preparing suspension containing sulfonated graphite by conducting a laser ablation on a reaction medium containing 90 to 98 mass% of sulfuric acid with a metal or a metal compound, if the case may be, in a presence of solid acid catalyst for sulfonation, then adding 60 to 98 mass% of nitric acid and a strong oxidation agent, and (2) adding water and 25 to 40 mass% of hydrochloric acid to the obtained suspension to hydrolyze the sulfonated graphite.

Description

本発明は、キャパシタなどの優れた導電性を提供できる還元型グラフェン(RGO)の製造の製造方法に関する。   The present invention relates to a manufacturing method for manufacturing reduced graphene (RGO) capable of providing excellent conductivity such as a capacitor.

グラフェンは、炭素原子が原子レベルにおいて、蜂の巣のような網の目状に並んだ二次元シート(図1)又はそのシートが1乃至数層で積層した状態のものとして呼称されている。グラフェンは、グラフェンシート中では電子がまるで重さのない粒子として振る舞うため、トランジスタや超大規模集積回路を構成する半導体デバイス材料の主流であるSi結晶より、1桁以上高い電子輸送特性を示し、シリコンに変わる高性能な電子部品材料として注目を集めている。更に、安定した六角形構造で構成されるグラフェンの構造的特徴から、グラフェンは、シート状にしても、極めて強度が高く、劣化の少ない、安定した材料として各種の用途に使用される可能性の高い有用な材料である。   Graphene is called as a two-dimensional sheet (FIG. 1) in which carbon atoms are arranged in a network like a honeycomb at the atomic level, or a state in which the sheet is laminated in one to several layers. Since graphene behaves as particles without weight in graphene sheets, it exhibits an electron transport property that is an order of magnitude higher than Si crystals, the mainstream of semiconductor device materials that make up transistors and ultra-large scale integrated circuits. It is attracting attention as a high-performance electronic component material that changes to Furthermore, due to the structural characteristics of graphene composed of a stable hexagonal structure, graphene is very strong even in the form of a sheet, and has the possibility of being used in various applications as a stable material with little deterioration. Highly useful material.

一方で、その有用性は認識されていながら、シリコン基板や、ガラス基板などに、膜状でグラフェンを形成することは困難であった。当初は、グラファイトを粘着テーマなどで1枚ずつ引きはがすことにより、転写する非常に手間のかかる作業を行っていた。そのため、得られたグラフェンの性能にはばらつきが生じ、各種の性能において、十分とは言えないものであった。最近では、例えば、特許文献1に記載されるように、炭素を構成する原料をプラズマ化し、蒸着チェンバー内において、減圧下かつ高温下における化学蒸着方法が開発されている。
しかしながら、化学蒸着方法では、高真空条件及び高温条件(例えば、300℃以上)を必要とし、エネルギー負荷が大きく、かつ製造効率が低いものであり、汎用性に乏しく、安価に多量のグラフェンを膜状で提供することが非常に困難である。
On the other hand, while its usefulness has been recognized, it has been difficult to form graphene on a silicon substrate or a glass substrate in a film form. Initially, it was very laborious to transfer the graphite by peeling the graphite one by one with an adhesive theme. Therefore, the performance of the obtained graphene varies, and it cannot be said that it is sufficient in various performances. Recently, as described in Patent Document 1, for example, a chemical vapor deposition method under reduced pressure and high temperature has been developed in a vapor deposition chamber by converting a raw material constituting carbon into plasma.
However, the chemical vapor deposition method requires high vacuum conditions and high temperature conditions (for example, 300 ° C. or higher), has a large energy load, and has low production efficiency. It is very difficult to provide in the form.

近年、自動車の排気ガスによる大都市の大気汚染の緩和、石油代替エネルギーの利用促進、地球温暖化防止に資する二酸化炭素の排出量低減等の観点から、電気自動車やハイブリッド自動車等の低公害車の普及が求められている。また、電力システムへの太陽光や風力、水力等の自然エネルギーに基づく分散電源の導入に伴い、様々な蓄電装置の開発が進められており、特に、蓄電装置の高密度化、大容量化と高耐圧化を図る開発が進められている。そして、蓄電装置に用いられる電気化学素子として、例えば、高密度・大容量を可能とした電気二重層キャパシタが注目されている。
電気二重層キャパシタの容量は、分極性電極の表面積に比例することから、当該分極性電極の材料として、表面積の大きな活性炭が一般に用いられている。活性炭は、ヤシガラ、石油ピッチ、石油コークス等の炭素含有量の多い原料を、300〜700℃の低温で炭化し、その後賦活させることによって生成する。賦活には、例えば水蒸気、塩酸、硝酸、硫酸等の無機酸、又は水酸化カリウム等のカリウム塩等が使用され、製造コストを高騰させる一因となっている。
In recent years, low-emission vehicles such as electric vehicles and hybrid vehicles have been developed from the perspectives of mitigating air pollution in large cities by automobile exhaust gas, promoting the use of alternative energy for petroleum, and reducing carbon dioxide emissions that contribute to the prevention of global warming. Popularization is required. In addition, with the introduction of distributed power sources based on natural energy such as solar power, wind power, and hydropower to power systems, various power storage devices are being developed. Development to increase the withstand voltage is underway. And as an electrochemical element used for a power storage device, for example, an electric double layer capacitor capable of high density and large capacity has attracted attention.
Since the capacity of the electric double layer capacitor is proportional to the surface area of the polarizable electrode, activated carbon having a large surface area is generally used as the material of the polarizable electrode. Activated carbon is produced by carbonizing a raw material having a high carbon content such as coconut shell, petroleum pitch, petroleum coke, etc. at a low temperature of 300 to 700 ° C. and then activating the raw material. For the activation, for example, an inorganic acid such as water vapor, hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, or a potassium salt such as potassium hydroxide is used, which contributes to an increase in production cost.

更に、従来の電気二重層キャパシタにおいては、分極性電極の表面積を大きくすることを意図して、粒状化した活性炭をプロピレンカーボネート等の電解液中に均一に分散させることが行われているが、活性炭を電解液中に均一に分散させることは実際には難しく、活性炭が本来有している表面積を有効活用しにくいという問題がある。   Furthermore, in the conventional electric double layer capacitor, in order to increase the surface area of the polarizable electrode, the granulated activated carbon is uniformly dispersed in an electrolyte such as propylene carbonate. In practice, it is difficult to uniformly disperse the activated carbon in the electrolytic solution, and there is a problem that it is difficult to effectively utilize the surface area inherent to the activated carbon.

本発明者は、分極性電極を構成する材料として、活性炭に換えて還元型酸化グラフェンを用いると、大容量のキャパシタが製造できることを見出し、本発明に到達したものである。   The present inventor has found that a large-capacity capacitor can be produced when reduced graphene oxide is used instead of activated carbon as a material constituting the polarizable electrode, and the present invention has been achieved.

再公表特許(A1)WO2005−021430号公報Republished Patent (A1) WO2005-021430

従って、本発明は、グラフェンとは異なり、キャパシタなどの用途に使用でき、しかも、簡易に製造でき、各種の金属を配合することにより、非常に優れた導電性を示す新しい還元型酸化グラフェン及びその製造中間体を提供することを企図する。
本件発明者は、既に、グラフェンを製造するための中間体として有用な酸化グラフェンの製法に関する出願を行っている。
本発明者は、酸化グラフェンを簡易な還元手段により、還元して、還元型酸化グラフェンという、酸化グラフェンと、グラフェンとの中間的な化合物を製造した。この化合物は、酸化グラフェンに比べて、取扱いが容易である(粉塵爆発の危険性が低い)とともに、金属のドーピング又はインターカレーションを容易に行うことができ、その結果、グラフェンに比べて、更に優れた導電性及び電荷蓄電性を示す材料を製造できることを見出した。この化合物は、金属ドープ又はインターカレートされた還元型酸化グラフェンとも呼べるものであり、キャパシタなどの材料の用途として非常に優れていることが分かった。
Therefore, the present invention, unlike graphene, can be used for applications such as capacitors, can be easily manufactured, and by combining various metals, a new reduced graphene oxide that exhibits extremely excellent conductivity and its It is contemplated to provide a manufacturing intermediate.
The present inventor has already filed an application regarding a method for producing graphene oxide useful as an intermediate for producing graphene.
The present inventor reduced graphene oxide by a simple reduction means to produce a reduced graphene oxide and an intermediate compound of graphene oxide and graphene. This compound is easier to handle (lower risk of dust explosion) than graphene oxide and can be easily doped or intercalated with metal, and as a result, compared to graphene, It has been found that a material exhibiting excellent conductivity and charge storage property can be produced. This compound can also be called metal-doped or intercalated reduced graphene oxide, and was found to be very excellent for use as a material such as a capacitor.

従って、本発明者らは、グラフェンよりも更に優れたキャパシタなどの有用な材料を提供すること、更には、グラフェンよりも非常に簡易に製造できる酸化グラフェンを介して、金属ドープ又は金属非ドープの還元型酸化グラフェンを製造できる製法を提供することを企図し、本発明に到達したものである。
即ち、本発明は、酸化グラフェン粉末に対して、比較的低温(例えば、100〜400℃、好ましくは、150〜300℃)において、また、必要に応じて、窒素などの不活性ガスの存在下に、加熱することにより、酸化グラフェンから金属非ドープ還元型酸化グラフェンを製造することができること、及び
更に、酸化グラフェンを製造する過程で、金属又は金属化合物を配合し、従前の出願人の酸化グラフェンの製造方法を応用することにより、金属ドープ酸化グラフェンを製造し、上記と同様にして、還元することにより、金属ドープ還元型酸化グラフェンが得られることを見出し、本発明に到達したものである。
Accordingly, the inventors have provided useful materials such as capacitors that are superior to graphene, and further, metal doped or undoped via graphene oxide, which can be manufactured much more easily than graphene. The present invention has been achieved by providing a production method capable of producing reduced graphene oxide.
That is, the present invention relates to graphene oxide powder at a relatively low temperature (for example, 100 to 400 ° C., preferably 150 to 300 ° C.) and, if necessary, in the presence of an inert gas such as nitrogen. In addition, it is possible to produce metal-undoped reduced graphene oxide from graphene oxide by heating, and further, in the process of producing graphene oxide, a metal or a metal compound is blended, and graphene oxide of the previous applicant By applying this production method, metal-doped graphene oxide was produced and reduced in the same manner as described above to find that metal-doped reduced graphene oxide was obtained, and the present invention has been achieved.

なお、酸化グラフェンは、例えば、以下の工程を使用して製造することができる。
即ち、以下の工程、
(1)90〜98質量%の硫酸を含む反応媒体において、スルフォン化用固体酸触媒の存在下において、レーザアブレーションを行い、次いで、60〜98質量%の硝酸及び強酸化剤を撹拌下に添加して、スルフォン化グラファイトを含有する懸濁液を調製する工程、そして
(2)得られた懸濁液に水及び25〜40質量%の塩酸を添加して、スルフォン化グラファイトを加水分解する工程、
によって調製することができる。
ここで、固体酸触媒は、炭化Dグルコースであることが適当であり、強酸化剤は、過マンガン酸カリウムであることが好適である。また、レーザアブレーションは、YAGレーザを反応媒体中に導入して行なうことが好適である。
この場合、酸化グラフェンを製造する際に、工程(1)において、金属又は金属化合物を配合しておくことにより、金属ドープ又はインターカレートした酸化グラフェンが製造できる。
In addition, graphene oxide can be manufactured using the following processes, for example.
That is, the following steps:
(1) In a reaction medium containing 90 to 98% by mass of sulfuric acid, laser ablation is performed in the presence of a solid acid catalyst for sulfonation, and then 60 to 98% by mass of nitric acid and a strong oxidizing agent are added with stirring. A step of preparing a suspension containing sulfonated graphite, and (2) a step of hydrolyzing the sulfonated graphite by adding water and 25 to 40% by mass of hydrochloric acid to the obtained suspension. ,
Can be prepared.
Here, the solid acid catalyst is suitably carbonized D glucose, and the strong oxidant is suitably potassium permanganate. Laser ablation is preferably performed by introducing a YAG laser into the reaction medium.
In this case, when graphene oxide is produced, the metal-doped or intercalated graphene oxide can be produced by adding a metal or a metal compound in the step (1).

グラフェンの1層構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the 1 layer structure of graphene. 酸化グラフェンの模式図である。It is a schematic diagram of graphene oxide. 還元型酸化グラフェンを製造するための装置の図を示す。1 shows a diagram of an apparatus for producing reduced graphene oxide. FIG. 実施例で得られた酸化グラフェンのラマンスペクトル図を示す。The Raman spectrum figure of the graphene oxide obtained in the example is shown. 一般のグラフェンのラマンスペクトル図を示す。The Raman spectrum figure of general graphene is shown. 実施例2で得られた金属非ドープ還元型酸化グラフェンのラマンスペクトル図である。4 is a Raman spectrum diagram of metal-non-doped reduced graphene oxide obtained in Example 2. FIG. 実施例3で得られた銀ドープ還元型酸化グラフェンのラマンスペクトル図である。4 is a Raman spectrum diagram of silver-doped reduced graphene oxide obtained in Example 3. FIG. 1000倍で撮影した酸化グラフェンの電子顕微鏡写真を示す。An electron micrograph of graphene oxide taken at 1000 times is shown. 5000倍で撮影した酸化グラフェンの電子顕微鏡写真を示す。An electron micrograph of graphene oxide taken at a magnification of 5000 is shown. 10000倍で撮影した酸化グラフェンの電子顕微鏡写真を示す。An electron micrograph of graphene oxide taken at 10000 times is shown. 30000倍で撮影した酸化グラフェンの電子顕微鏡写真を示す。The electron micrograph of the graphene oxide image | photographed by 30000 times is shown. 1000倍で撮影した還元型酸化グラフェンの電子顕微鏡写真を示す。An electron micrograph of reduced graphene oxide taken at 1000 times is shown. 5000倍で撮影した還元型酸化グラフェンの電子顕微鏡写真を示す。An electron micrograph of reduced graphene oxide taken at a magnification of 5000 is shown. 10000倍で撮影した還元型酸化グラフェンの電子顕微鏡写真を示す。An electron micrograph of reduced graphene oxide taken at 10000 times is shown. 30000倍で撮影した還元型酸化グラフェンの電子顕微鏡写真を示す。An electron micrograph of reduced graphene oxide taken at 30000 times is shown.

以下、本発明の実施の形態について説明する。
1.酸化グラフェンの製造
本発明の原料となる酸化グラフェンは、以下のようにして製造される。
まず、グラファイトをスルフォン化する。スルフォン化反応は、濃硫酸の媒体中において、スルフォン化用固体酸触媒及び強酸化剤の存在下において、反応媒体中でレーザアブレーションを行うことにより、グラファイト粒子をスルフォン化しながら、グラファイト粒子の層間を拡張しかつ粒子を微細化し、次いで、濃硝酸及び強酸化剤を、好ましくは緩やかに添加して、スルフォン化反応を更に進めることにより、スルフォン化グラファイト粒子のナノ懸濁液を調製することができる。
ここで反応に使用されるグラファイト又はグラファイト粒子は、天然のものであっても、合成のものであっても、使用することができる純度99%以上が好ましい。グラファイト源として、天然グラファイトを使用する場合、シリカなどの不純物が存在しているので、純度99%以上の製品を使用することが好ましい。
グラファイトの使用量は、例えば、濃硫酸100ml中に対し1〜50g、好ましくは、10〜30gで使用することが好適である。
Embodiments of the present invention will be described below.
1. Production of Graphene Oxide Graphene oxide as a raw material of the present invention is produced as follows.
First, graphite is sulfonated. In the sulfonation reaction, laser ablation is performed in the reaction medium in the presence of a solid acid catalyst and a strong oxidizing agent for sulfation in a concentrated sulfuric acid medium to sulphate the graphite particles while passing between the graphite particles. Nanosuspensions of sulfonated graphite particles can be prepared by expanding and refining the particles, and then adding concentrated nitric acid and strong oxidizer, preferably slowly, to further advance the sulfonated reaction. .
Here, the graphite or graphite particles used in the reaction may be natural or synthetic and preferably have a purity of 99% or more. When natural graphite is used as the graphite source, since impurities such as silica are present, it is preferable to use a product having a purity of 99% or more.
The amount of graphite used is, for example, 1 to 50 g, preferably 10 to 30 g, based on 100 ml of concentrated sulfuric acid.

使用する濃硫酸の濃度は、例えば、90〜98質量%、好ましくは、96〜98質量%である。
スルフォン化反応には、グラファイトのスルフォン化反応を促進するために、濃硫酸とともに、スルフォン化用の固体酸触媒を添加する。固体酸触媒としては、スルフォン化を促進するものであれば、特に制限なく使用することができる。固体酸触媒は、例えば、特許第4041409号公報や、特平2012−149014号公報、再公表WO2007/029496号公報などに既に製造方法などが記載されており、また、商品(例えば、販売元 株式会社ヒューマンシステム製 炭化Dグルコース569など)として入手可能である。
The density | concentration of the concentrated sulfuric acid to be used is 90-98 mass%, for example, Preferably, it is 96-98 mass%.
In order to accelerate the sulfonation reaction of graphite, a solid acid catalyst for sulfonation is added to the sulfonation reaction together with concentrated sulfuric acid. Any solid acid catalyst can be used without particular limitation as long as it promotes sulfonation. The production method of the solid acid catalyst has already been described in, for example, Japanese Patent No. 4041409, Japanese Patent Publication No. 2012-149014, and re-published WO2007 / 029496, and products (for example, stocks of distributors) It can be obtained as carbonized D glucose 569 manufactured by company Human Systems).

固体酸触媒は、例えば、D−グルコースや、セルロース、ナフタレン、アントラセンなどの炭素源に対して、濃硫酸(例えば、98%など)や発煙硫酸などの脱水作用、酸化作用を用いて、例えば、200〜300℃程度の高温下において、炭化及びスルフォン化したものである。スルフォン化により、スルフォン化グラファイト粒子は、硫酸との親和性を有することにより、以下で述べる、液中アブレーションによるグラファイト粒子の分散性及び層間拡張をより高められる。
固体酸触媒の量は、例えば、グラファイト20gに対して、例えば、固体酸触媒としての炭化Dグルコースは、例えば、0.1〜10g、好ましくは、0.5〜5gを使用することが好適である。
The solid acid catalyst uses, for example, dehydration action and oxidation action of concentrated sulfuric acid (for example, 98%) and fuming sulfuric acid against carbon sources such as D-glucose, cellulose, naphthalene, and anthracene. It is carbonized and sulfonated at a high temperature of about 200 to 300 ° C. By sulfonated, the sulfonated graphite particles have an affinity for sulfuric acid, so that the dispersibility and interlayer expansion of the graphite particles by ablation in liquid described below can be further enhanced.
The amount of the solid acid catalyst is, for example, 0.1 to 10 g, preferably 0.5 to 5 g, for example, for carbonized D glucose as the solid acid catalyst with respect to 20 g of graphite. is there.

レーザアブレーションは、それ自体公知であり、また、水中において使用され、一般に、金属などの材料表面をレーザで改質し、ナノコロイド粒子状態で水中に均一分散させ、沈降しない金属分散の製造技術として利用されるようになっている。例えば、「レーザブレーションとその応用」(コロナ社、1999)や、レーザ学会レーザエキスポ2000特別セミナー(2004年4月)などを参照。可視領域のパルスレーザを使用すると、水中においてアブレーションを起こし、短時間ではあるが、大きな圧力のプルームが材料の表面に形成され、この圧力を利用して、金属の表面を局所的に変形させるものと理解されている。水中では、水の慣性によって、プルームの膨張が抑制されるため、プルームの圧力は、空気中の10〜100倍となり、数ギガパスカル(GPa)にも達する。この圧力によって衝撃波が発生し、材料中を伝播すると理解されている。   Laser ablation is known per se and is used in water. In general, laser ablation is used to modify the surface of a material such as a metal to uniformly disperse it in water in the form of nanocolloid particles, and as a technique for producing a metal dispersion that does not settle. It has come to be used. For example, see “Laser ablation and its application” (Corona, 1999), Laser Society Laser Expo 2000 Special Seminar (April 2004), etc. When a pulse laser in the visible region is used, ablation occurs in water, and a large pressure plume is formed on the surface of the material for a short time, and this pressure is used to locally deform the metal surface. It is understood. In water, since the expansion of the plume is suppressed due to the inertia of the water, the plume pressure is 10 to 100 times that in the air and reaches several gigapascals (GPa). It is understood that this pressure generates shock waves and propagates through the material.

レーザアブレーションに使用するレーザとして、ガラスファイバーで液中まで送れるYAGレーザ(波長、例えば、1.06μm)を好適に利用することができる。
液媒体中の撹拌下において、液中でレーザアブレーションを行う事により、多層グラファイト層間距離が例えば、約3倍に拡張し、スルフォン化に好適な固体酸触媒の存在下において、強いスルフォン化条件で、グラファイトのベンゼン環にスルフォン基を導入することが可能となり、スルフォン化グラファイト粒子のナノ分散液が得られる。
スルフォン化反応においては、グラファイト又はグラファイト粒子を、マグネチックスターラーで攪拌しながら、液中にて、レーザアブレーションを行うことにより行うことができる。液中でのレーザアブレーションにより、反応容器内のグラファイト粒子は、ナノコロイド状態にまで微細化され、懸濁させることができる。液中でのレーザアブレーションは、グラファイト粒子に対して、液中で強力なパルスを発生させ、これによりグラファイトの層間隔は拡張し、存在する濃硫酸及び固体酸触媒の作用により、層間剥離と酸化及びスルフォン化反応を行うことができる。レーザアブレーションは、例えば、短時間、例えば、30分程度行うことで効果が得られる。
As a laser used for laser ablation, a YAG laser (wavelength, for example, 1.06 μm) that can be sent into a liquid by a glass fiber can be suitably used.
By performing laser ablation in the liquid under stirring in the liquid medium, the multilayer graphite interlayer distance is expanded by about three times, for example, in the presence of a solid acid catalyst suitable for sulfonation under strong sulfonation conditions. It becomes possible to introduce a sulfone group into the benzene ring of graphite, and a nano-dispersion of sulfonated graphite particles can be obtained.
The sulfonation reaction can be performed by performing laser ablation in a liquid while stirring graphite or graphite particles with a magnetic stirrer. By the laser ablation in the liquid, the graphite particles in the reaction vessel can be refined into a nanocolloid state and suspended. Laser ablation in the liquid generates strong pulses in the liquid for the graphite particles, thereby expanding the interlayer spacing of the graphite, and delamination and oxidation by the action of concentrated sulfuric acid and solid acid catalyst present. And sulphonation reaction can be carried out. Laser ablation is effective, for example, for a short time, for example, about 30 minutes.

上記スルフォン化工程において、金属又は金属化合物を併存させて、スルフォン化反応を行うと、金属ドープ還元型酸化グラフェンを製造するための中間体である金属ドープ酸化グラフェンを調製することのできる金属ドープスルフォン化グラファイトの懸濁液が得られる。
この場合に使用される金属としては、例えば、銀や、パラジウム、銅、亜鉛など各種の金属を使用することができる。また、金属としては、金属の酸化物(酸化亜鉛など)、水酸化物、塩など、各種の形態で配合することができる。
配合される金属又はその化合物の量は、金属として、例えば、グラファイトに対して、0.01〜5質量%、好ましくは、0.1〜3質量%の量で配合することが好適である。
In the sulphonation step, when a sulphonation reaction is performed in the presence of a metal or a metal compound, a metal-doped sulphone capable of preparing a metal-doped graphene oxide as an intermediate for producing a metal-doped reduced graphene oxide A suspension of graphite oxide is obtained.
As the metal used in this case, for example, various metals such as silver, palladium, copper, and zinc can be used. Moreover, as a metal, it can mix | blend with various forms, such as a metal oxide (zinc oxide etc.), a hydroxide, and a salt.
The amount of the metal to be blended or the compound thereof is preferably 0.01 to 5% by mass, preferably 0.1 to 3% by mass with respect to graphite as the metal.

得られたスルフォン化グラファイト粒子は、スルフォン酸基が、グラファイトの層間に入り込み、又は層表面に結合し、ベンゼン環に結合又は付加した状態で存在するものと考えられる。   In the obtained sulfonated graphite particles, it is considered that sulfonic acid groups are present in a state where the sulfonic acid group enters the graphite layer or is bonded to the surface of the layer and bonded or added to the benzene ring.

スルフォン化反応は、発熱反応のため、反応容器は外部を温調されたウオーターバスで沸騰、発煙しないよう冷却温調するのが好ましい。
グラファイト粒子に対するスルフォン化反応を更に進めるために、反応媒体には、次いで、濃硝酸及び強酸化剤を撹拌下に添加する。
使用する濃硝酸の濃度は、例えば、50〜85質量%、好ましくは、50〜80質量%、更に好ましくは、55〜70質量%であることが好適である。濃硝酸の量は、濃硫酸100ml当たり、例えば、5〜50g、好ましくは、10〜30gであることが好適である。
強酸化剤としての過マンガン酸カリウムの量は、例えば、濃硫酸100mlに対して、例えば、3〜100g、更に好ましくは、10〜30g程度で使用することが適当である。これにより、十分にスルフォン化されたグラファイト粒子の懸濁液が得られる。
ドープ用の金属は、この時点において、配合してもよい。
Since the sulfonation reaction is an exothermic reaction, it is preferable to adjust the cooling temperature of the reaction vessel so that it does not boil and emit smoke in a water bath whose temperature is controlled outside.
In order to further proceed the sulphonation reaction on the graphite particles, concentrated nitric acid and a strong oxidizing agent are then added to the reaction medium with stirring.
The concentration of concentrated nitric acid used is, for example, 50 to 85% by mass, preferably 50 to 80% by mass, and more preferably 55 to 70% by mass. The amount of concentrated nitric acid is, for example, 5 to 50 g, preferably 10 to 30 g per 100 ml of concentrated sulfuric acid.
The amount of potassium permanganate as a strong oxidizing agent is, for example, 3 to 100 g, more preferably about 10 to 30 g, with respect to 100 ml of concentrated sulfuric acid. This provides a suspension of fully sulfonated graphite particles.
The doping metal may be blended at this point.

次いで、このようにして得られたスルフォン化グラファイト粒子は、それを分散している反応媒体に、水及び濃塩酸を添加することにより、加水分解又は脱スルフォン化を行うことができる。
水としては、一般に精製された水が使用される。例えば、水としては、蒸留水や、イオン交換水などが好適に使用することができる。
使用される水の量は、濃硫酸100mlに対して、例えば、500〜1200ml、好ましくは、700〜900ml程度であろう。水は、そこに存在する濃硫酸との反応熱発生を抑えながら、好ましくは、ゆっくりと、撹拌下に、加えることが好適である。
使用される濃塩酸の濃度は、例えば、25〜40質量%であり、好ましくは、34〜37質量%であることが好適である。使用される塩酸の量は、強酸化剤20gに対して、例えば、5〜20g、好ましくは、8〜12gであることが好適である。
The sulfonated graphite particles thus obtained can then be hydrolyzed or desulfonated by adding water and concentrated hydrochloric acid to the reaction medium in which it is dispersed.
As water, generally purified water is used. For example, as water, distilled water, ion exchange water, or the like can be suitably used.
The amount of water used will be, for example, about 500 to 1200 ml, preferably about 700 to 900 ml, with respect to 100 ml of concentrated sulfuric acid. Water is preferably added slowly and with stirring, while suppressing the generation of heat of reaction with concentrated sulfuric acid present therein.
The concentration of concentrated hydrochloric acid used is, for example, 25 to 40% by mass, preferably 34 to 37% by mass. The amount of hydrochloric acid used is, for example, 5 to 20 g, preferably 8 to 12 g, with respect to 20 g of the strong oxidizer.

反応に使用される容器は、使用される濃硫酸や、濃硝酸、濃塩酸などの反応性の強い化合物に耐性である容器、例えば、硼珪酸耐熱性ガラス製の容器などを使用する。
加水分解反応の後、5分〜60分、好ましくは、10〜30分程度自然放冷することによって、反応媒体表面上に不純物又は不要物が浮上する。
浮遊した不純物又は不要物は除去し、媒体に分散された反応生成物を遠心分離離装置を使用して、固相と、液相とに分離する。次いで上清は廃棄し、ペースト状の固相は、加熱乾燥や又は水を400ml加え、粘度を下げスプレイドライヤーなどにより水分を飛ばし、固体の酸化グラフェン粉末とすることができる。
As a container used for the reaction, a container that is resistant to a highly reactive compound such as concentrated sulfuric acid, concentrated nitric acid, concentrated hydrochloric acid, or the like, such as a container made of borosilicate heat-resistant glass, is used.
After the hydrolysis reaction, impurities or unwanted substances float on the surface of the reaction medium by naturally cooling for about 5 to 60 minutes, preferably about 10 to 30 minutes.
The suspended impurities or unnecessary substances are removed, and the reaction product dispersed in the medium is separated into a solid phase and a liquid phase using a centrifugal separator. Next, the supernatant is discarded, and the paste-like solid phase can be dried by heating or 400 ml of water, the viscosity is lowered, and water is blown away by a spray drier or the like to obtain solid graphene oxide powder.

酸化グラフェンの生成は、ラマンスペクトルにより、確認することができる。同様に、金属非ドープ還元型酸化グラフェンや、金属ドープ還元型酸化グラフェンの生成についても、ラマンスペクトルにより確認することができる。
酸化グラフェン粉末を、高分解能透過電子顕微鏡で測定した場合の平均厚さは1〜40nmで、径は2〜90μm前後である。
酸化グラフェンは、例えば、図2に示される概念図のように、水酸基や、エーテル基、カルボキシル基などの官能基が、層間又は層表面上において、ベンゼン環に付加しているものと想定される。
電子顕微鏡STM法により測定した場合の酸化グラフェン粒子の平均粒径は、厚2〜40nm、径は、4〜80μmである。
酸化の程度は、例えば、X線光電子分光法(XPS)などの測定で容易に確認することができる。
Formation of graphene oxide can be confirmed by a Raman spectrum. Similarly, the generation of metal-undoped reduced graphene oxide and metal-doped reduced graphene oxide can also be confirmed by a Raman spectrum.
When graphene oxide powder is measured with a high-resolution transmission electron microscope, the average thickness is 1 to 40 nm, and the diameter is about 2 to 90 μm.
Graphene oxide is assumed to have a functional group such as a hydroxyl group, an ether group, or a carboxyl group added to a benzene ring between layers or on the surface of the layer as in the conceptual diagram shown in FIG. .
The average particle diameter of the graphene oxide particles when measured by the electron microscope STM method is 2 to 40 nm in thickness and 4 to 80 μm in diameter.
The degree of oxidation can be easily confirmed by measurement such as X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).

2.還元型酸化グラフェンの製造
上記のようにして得られた酸化グラフェン又は金属ドープ酸化グラフェンは、次いで、ゆるやかな還元を行うことにより、グラフェンとは異なり、酸化グラフェンに比べて、水酸基や、カルボキシル基などの官能基を残した形態の構造を有する金属非ドープ又は金属ドープ還元型酸化グラフェンが得られる。
ここで、図3を参照しながら、金属非ドープ又は金属ドープ還元型酸化グラフェンの製造工程について説明する。
好ましい態様として、窒素ボンベ1から窒素気流を流しながら、マントルヒーターなどの加熱装置2aで加熱された反応器2に導入された金属非ドープ酸化グラフェン又は金属ドープ酸化グラフェン粉末を還元する。この場合、得られる金属非ドープ又は金属ドープ還元型酸化グラフェンは、非常に微細でかつ嵩高いため、得られた金属非ドープ又は金属ドープ還元型酸化グラフェンを効率よく収集するために、この事例では、2つの捕集装置3、4を採用している。このような捕集装置として、市販品を使用することができ、例えば、オオサワ&カンパニー製のサイレントクリーナーなどを適宜使用することができる。
不活性ガスを使用する場合には、不活性ガスの流量は、還元を行うことができる程度の流量であれば、特に制限なく採用することができる。流量としては、例えば、一般に、0.5〜40リットル/分(L/分)、好ましくは、5〜30L/分程度であることが好適である。反応中、金属非ドープ酸化グラフェン又は金属ドープ酸化グラフェンは、還元されながら、不活性ガスに搬送され、捕集装置3、4へと移動する。
還元温度は、一般に100〜400℃、好ましくは、150〜300℃であることが好適である。この温度が、1100℃となると、完全な還元が起こり、グラフェンが形成する。
2. Manufacture of reduced graphene oxide Graphene oxide or metal-doped graphene oxide obtained as described above is different from graphene by performing gentle reduction, and compared with graphene oxide, hydroxyl group, carboxyl group, etc. Thus, a metal-undoped or metal-doped reduced graphene oxide having a structure in which the functional group is left is obtained.
Here, with reference to FIG. 3, a manufacturing process of the metal-undoped or metal-doped reduced graphene oxide will be described.
As a preferred embodiment, the metal undoped graphene oxide or the metal doped graphene oxide powder introduced into the reactor 2 heated by the heating device 2a such as a mantle heater is reduced while flowing a nitrogen stream from the nitrogen cylinder 1. In this case, since the obtained metal undoped or metal doped reduced graphene oxide is very fine and bulky, in this case, in order to efficiently collect the obtained metal undoped or metal doped reduced graphene oxide, Two collection devices 3 and 4 are employed. As such a collecting device, a commercially available product can be used, and for example, a silent cleaner manufactured by Osawa & Company can be used as appropriate.
In the case of using an inert gas, the flow rate of the inert gas can be employed without any particular limitation as long as it is a flow rate that allows reduction. The flow rate is, for example, generally 0.5 to 40 liters / minute (L / minute), and preferably about 5 to 30 liters / minute. During the reaction, the metal-undoped graphene oxide or the metal-doped graphene oxide is transferred to the inert gas while being reduced, and moves to the collection devices 3 and 4.
The reduction temperature is generally 100 to 400 ° C, preferably 150 to 300 ° C. When this temperature reaches 1100 ° C., complete reduction occurs and graphene is formed.

このようにして得られた金属非ドープ又は金属ドープ還元型酸化グラフェンは、その内部に存在する官能基の親水性作用により、水に対して非常に分散性がよく、グラフェンと全く異なる性質を有する。このため、グラフェンとの構造の差異が明瞭である。
還元型酸化グラフェンは、グラフェンとは異なり、還元型酸化グラフェン中に存在する水酸基やカルボキシル基などの親水性官能基のために、水に対して容易に分散する。これに対して、グラフェンは、官能基がないため、特殊でかつ高価な親油性の溶媒にしか分散させることができない。また、還元型酸化グラフェンは、酸化グラフェンに対して、ラマンスペクトル図により、ピーク位置のずれによって相違が確認できる。
The metal-undoped or metal-doped reduced graphene oxide obtained in this way is very dispersible in water and has completely different properties from graphene due to the hydrophilic action of the functional groups present inside. . For this reason, the difference in structure with graphene is clear.
Unlike graphene, reduced graphene oxide is easily dispersed in water due to hydrophilic functional groups such as hydroxyl groups and carboxyl groups present in reduced graphene oxide. On the other hand, since graphene has no functional group, it can be dispersed only in a special and expensive lipophilic solvent. Further, the reduced graphene oxide can be confirmed to be different from the graphene oxide by the shift of the peak position from the Raman spectrum diagram.

得られた還元型酸化グラフェンは、特に金属ドープ還元型酸化グラフェンは、ドープされた金属イオンが、多層構造の還元型酸化グラフェンである場合には、層間において、金属が金属イオンとして、インターカレートされた状態となっており、キャパシタとして使用する場合には、優れた機能を有するものである。また、単層であっても、別の層との間で、単層の官能基を介してイオン結合などにより結合しており、電流の負荷などによって、金属イオンが移動し、電荷の移動を果たすことができる。   The obtained reduced graphene oxide, particularly the metal-doped reduced graphene oxide, is intercalated between layers as a metal ion when the doped metal ion is a multilayered reduced graphene oxide. When used as a capacitor, it has an excellent function. In addition, even if it is a single layer, it is bonded to another layer by an ionic bond or the like through a functional group of the single layer. Can fulfill.

以下において、本発明について、実施例を参照しながら、更に詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

酸化グラフェンの製造
実施例1:金属非ドープ酸化グラフェンの製造
マグネチックスターラー、1200mLの二重壁の硼珪酸耐熱性ガラス反応容器、温度調節可能な温水循環装置を準備した。
硼珪酸耐熱性ガラス反応容器内に、まず耐酸セラミックで保護されたマグネットを入れ、次いでグラファイト20g(日本黒鉛株式会社製:ACP1000)を飛散しないように入れ、マグネチックスターラーで撹拌しながら飛散しないように、98%濃硫酸100ml、固体酸触媒として、1gの炭化D−グルコース(自社製)を少量ずつ入れた。マグネチックスターラーでの撹拌下に、市販のヤグレーザー発信機を使用し、そのガラスファイバーの先端を液中の中央部付近にセットし、10秒間隔でレーザパルスを送った。レーザアブレーションと濃硫酸の作用により、多層グラフェンからなるグラファイトの層間距離(高さ)が3倍に拡張し、濃硫酸の浸透が容易となり、固体酸触媒の炭化Dグルコースの触媒作用によって、濃硫酸のスルフォン化作用が促進されスルフォン化グラフェンが生成した。レーザアブレージョンは、30分間程度で完了した。
次いで、発熱に注意しながら濃硝酸(60%)10mlを少量ずつ注入した。続いて、硫酸100mlに対して、過マンガン酸カリウム粉末(和光純薬製)を20g発熱に注意しながら少しずつ添加した。
マグネチックスターラーで30分間攪拌すると、酸化反応(スルフォン化)は終了した。
次いで、発熱に注意しながら純水800mlと35質量%の濃塩酸20mlを注入したところ、30分後にはスルフォン化グラフェンが酸化グラフェンに変化し、水性媒体中に均一に分散した。
水及び濃塩酸を添加した後、10分間攪拌すると、不純物又は不要物が浮遊し、それを濾過して取り除いた。生成した酸化グラフェンは溶液中に均一に分散していた。
次いで分散液を、日立工機(株)の遠心分離機ハイマックCR−GIII(300000)に入れ回転数7000rpmにより、10分間運転することにより固層を得た。
停止後上澄みを除去し、底部に残った酸化グラフェンに水400mlを加えて取り出し、水に均一に分散した後、噴霧乾燥機:スプレイドライヤーを使用して、噴霧乾燥し、固体粉末の酸化グラフェンを得た。
図4は、得られた酸化グラフェンのラマンスペクトルである。ラマンスペクトルの測定は、iTRIX Corporation(アイトリックス株式会社)製AC−1を使用し、露光時間5.00秒、露光回数10、バックグラウンド露光回数32、レーザ532nm、グレーティング900ライン/mm、分光器アパーチャ50μmピンホール、レーザ出力レベル10.0mWの条件で行った。測定点は、薄膜化した試料の3〜5地点について測定し、測定結果のバラツキの評価を行った。図4からは、3点における測定結果が、均一であることが分かる。比較のため、一般のグラフェンの同一条件でのラマンスペクトルを図5に示す。
図4を図5と比較すると、ピークの形状及び位置が、本発明の酸化グラフェンと、グラフェンとでは、明らかに異なることが理解され、上記製造方法により、酸化グラフェンが製造されていることが分かる。酸化グラフェンは、グラファイトとも構造が異なっている。グラファイト及びグラフェンは、水に分散性ではなく、特殊な溶液でしか分散又は溶解しないのに対して、本発明の酸化グラフェンは、含まれる親水性官能基の影響により、水に分散性である。このようにして得られた酸化グラフェンは、水に分散するものであるため、基板などの平坦な面に分散液をキャストし、乾燥した後、通常の還元方法で還元することにより、容易にグラフェンの薄膜を調製できる。
また、図8〜11には、倍率を、それぞれ、1000倍、5000倍、10000倍及び30000倍で撮影して得られた酸化グラフェンの電子顕微鏡写真を示す。酸化グラフェンには、粒状のものが比較的多く存在していることが分かった。
撮影条件は、日本電子株式会社製JSM―6010InTouchScopeを使用し、加速電圧:5kVで二次電子像として得られたものである。
Production of graphene oxide Example 1: Production of metal-undoped graphene oxide A magnetic stirrer, a 1200 mL double-walled borosilicate heat-resistant glass reaction vessel, and a temperature-controlled hot water circulation apparatus were prepared.
First, put a magnet protected with acid-resistant ceramic in a borosilicate heat-resistant glass reaction vessel, and then put 20 g of graphite (Nippon Graphite Co., Ltd .: ACP1000) so as not to splash, so that it does not fly while stirring with a magnetic stirrer Into this, 100 ml of 98% concentrated sulfuric acid and 1 g of carbonized D-glucose (made in-house) as a solid acid catalyst were added little by little. Under stirring with a magnetic stirrer, a commercially available Yag laser transmitter was used, the tip of the glass fiber was set near the center of the liquid, and laser pulses were sent at 10 second intervals. Due to the action of laser ablation and concentrated sulfuric acid, the interlayer distance (height) of the graphite composed of multi-layer graphene is expanded three times, and the penetration of concentrated sulfuric acid is facilitated. The sulfonated action of sulphonated graphene was promoted to produce sulfonated graphene. Laser ablation was completed in about 30 minutes.
Next, 10 ml of concentrated nitric acid (60%) was injected little by little while paying attention to heat generation. Subsequently, potassium permanganate powder (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was gradually added to 100 ml of sulfuric acid while paying attention to heat generation of 20 g.
After stirring for 30 minutes with a magnetic stirrer, the oxidation reaction (sulphonation) was completed.
Next, 800 ml of pure water and 20 ml of 35 mass% concentrated hydrochloric acid were injected while paying attention to heat generation. After 30 minutes, the sulfonated graphene changed to graphene oxide and was uniformly dispersed in the aqueous medium.
When water and concentrated hydrochloric acid were added and stirred for 10 minutes, impurities or unnecessary substances floated and were removed by filtration. The generated graphene oxide was uniformly dispersed in the solution.
Next, the dispersion was placed in a centrifuge Himac CR-GIII (300000) manufactured by Hitachi Koki Co., Ltd. and operated at 7000 rpm for 10 minutes to obtain a solid layer.
After stopping, the supernatant is removed, 400 ml of water is added to the graphene oxide remaining at the bottom, and the water is uniformly dispersed in the water. Spray dryer: spray-dried using a spray dryer, and solid graphene oxide is removed. Obtained.
FIG. 4 is a Raman spectrum of the obtained graphene oxide. Raman spectrum is measured using AC-1 manufactured by iTRIX Corporation, exposure time 5.00 seconds, exposure count 10, background exposure count 32, laser 532 nm, grating 900 lines / mm, spectrometer The test was performed under the conditions of an aperture 50 μm pinhole and a laser output level 10.0 mW. Measurement points were measured at 3 to 5 points of the thinned sample, and the variation of the measurement results was evaluated. FIG. 4 shows that the measurement results at the three points are uniform. For comparison, a Raman spectrum of common graphene under the same conditions is shown in FIG.
When FIG. 4 is compared with FIG. 5, it is understood that the peak shape and position are clearly different between graphene oxide of the present invention and graphene, and graphene oxide is manufactured by the above manufacturing method. . Graphene oxide has a different structure from graphite. Graphite and graphene are not dispersible in water and are dispersed or dissolved only in a special solution, whereas the graphene oxide of the present invention is dispersible in water due to the influence of the hydrophilic functional group contained therein. Since the graphene oxide obtained in this manner is dispersed in water, the dispersion is cast on a flat surface such as a substrate, dried, and then reduced by a normal reduction method. Can be prepared.
8 to 11 show electron micrographs of graphene oxide obtained by photographing at magnifications of 1000 times, 5000 times, 10000 times, and 30000 times, respectively. It was found that a relatively large amount of granular graphene oxide exists.
The shooting conditions were obtained as a secondary electron image at an acceleration voltage of 5 kV using JSM-6010 InTouchScope manufactured by JEOL Ltd.

実施例2:金属非ドープ還元型酸化グラフェンの製造
図3の装置を使用し、窒素ボンベ1から窒素気流を10〜20L/分程度の流速で流しながら、マントルヒーター2aで加熱されたガラス反応器2に金属非ドープ酸化グラフェンを20g導入し、170℃程度の加熱し、還元反応を行った。ヒーター2aによる加熱の間、窒素気流の流れにより、酸化グラフェン粉末は、容器内を浮遊しながら、還元され、次いで、窒素流に誘導されながら、2つの捕集装置3、4により、順次徐々に金属非ドープ還元型酸化グラフェンとして収集された。
図6は、得られた金属非ドープ還元型酸化グラフェンのラマンスペクトル図である。
還元型酸化グラフェンのラマンスペクトル図6を、酸化グラフェンのラマンスペクトル図4と対比すると、二つの山のピークが、還元型酸化グラフェンでは、図面において、右側のピークの高さが高くなっていることが分かる。このことから、還元型酸化グラフェンは、酸化グラフェンとは明らかに異なることが分かる。また、グラフェンのラマンスペクトル図5と対比しても明らかなように、酸化グラフェンの場合と同様に異なるピークにより明確に区別することができる。
また、図12〜15には、倍率を、それぞれ、1000倍、5000倍、10000倍及び30000倍で撮影して得られた還元型酸化グラフェンの電子顕微鏡写真を示す。
Example 2: Production of metal-undoped reduced graphene oxide A glass reactor heated by a mantle heater 2a while flowing a nitrogen stream from a nitrogen cylinder 1 at a flow rate of about 10 to 20 L / min using the apparatus of FIG. 20 g of metal-undoped graphene oxide was introduced into 2 and heated to about 170 ° C. to perform a reduction reaction. During the heating by the heater 2a, the graphene oxide powder is reduced while being floated in the container by the flow of the nitrogen stream, and then gradually, by the two collection devices 3 and 4 while being guided by the nitrogen stream. Collected as metal-undoped reduced graphene oxide.
FIG. 6 is a Raman spectrum diagram of the obtained metal undoped reduced graphene oxide.
When the Raman spectrum of reduced graphene oxide (Fig. 6) is compared with the Raman spectrum of graphene oxide (Fig. 4), the peak of the two peaks is higher in the graph of reduced graphene oxide. I understand. This shows that reduced graphene oxide is clearly different from graphene oxide. Further, as is clear from comparison with the graph of Raman spectrum of graphene, it can be clearly distinguished by different peaks as in the case of graphene oxide.
12 to 15 show electron micrographs of reduced graphene oxide obtained by photographing at magnifications of 1000 times, 5000 times, 10000 times, and 30000 times, respectively.

実施例3:銀金属ドープ酸化グラフェン及び銀金属ドープ還元型酸化グラフェンの製造
実施例1において、スルフォン化反応工程において、濃硫酸の反応媒体中において、金属として、銀を、グラファイトに対して、0.5質量%の量で配合し、実施例1を繰り返し、銀金属ドープ酸化グラフェンを製造した。
次いで、実施例2と同様にして、銀金属ドープ酸化グラフェンを還元し、銀金属ドープ還元型酸化グラフェンを得た。
図7は、実施例3で得られた銀ドープ還元型酸化グラフェンのラマンスペクトル図である。
金属ドープ還元型酸化グラフェンのラマンスペクトル図7は、金属非ドープ還元型酸化グラフェンのラマンスペクトル図6と比べて、ピークの高さが低くなり、なだらかな山となっていることが分かる。
Example 3 Production of Silver Metal Doped Graphene Oxide and Silver Metal Doped Reduced Graphene Oxide In Example 1, in the sulfonation reaction step, silver was used as a metal in a concentrated sulfuric acid reaction medium. Compounding in an amount of 0.5% by mass, Example 1 was repeated to produce silver metal-doped graphene oxide.
Next, in the same manner as in Example 2, the silver metal-doped graphene oxide was reduced to obtain silver metal-doped reduced graphene oxide.
7 is a Raman spectrum diagram of the silver-doped reduced graphene oxide obtained in Example 3. FIG.
The Raman spectrum of the metal-doped reduced graphene oxide FIG. 7 shows that the peak height is lower and the peaks are gentler than the Raman spectrum of the metal-undoped reduced graphene oxide FIG.

実施例4及び5:銅又は亜鉛金属ドープ酸化グラフェン及び銅又は亜鉛金属ドープ還元型酸化グラフェンの製造
実施例1において、金属又は金属化合物として、銀の変わりに、銅又は酸化亜鉛を使用して、それぞれ、銅及び亜鉛金属ドープ酸化グラフェンを調製し、次いで、実施例3と同様にして、それぞれ、銅及び亜鉛金属ドープ還元型酸化グラフェンを調製した。
得られた銅又は亜鉛金属ドープ還元型酸化グラフェンのラマンスペクトルは、図7に記載したものと同様であった。
Examples 4 and 5: Production of copper or zinc metal doped graphene oxide and copper or zinc metal doped reduced graphene oxide In Example 1, using copper or zinc oxide instead of silver as the metal or metal compound, Copper and zinc metal doped graphene oxide were prepared, respectively, and then copper and zinc metal doped reduced graphene oxide were prepared in the same manner as in Example 3.
The Raman spectrum of the obtained copper or zinc metal doped reduced graphene oxide was the same as that described in FIG.

産業上の利用性
本発明で得られる金属非ドープ又は金属ドープ還元型酸化グラフェンは、キャパシタの材料として非常に有用である。また、金属ドープ酸化グラフェンは、これらのキャパシタ用の材料を製造する場合の中間体として有用である。
Industrial Applicability The metal-undoped or metal-doped reduced graphene oxide obtained in the present invention is very useful as a capacitor material. In addition, metal-doped graphene oxide is useful as an intermediate in the production of these capacitor materials.

Claims (11)

金属ドープ酸化グラフェンの製造方法であって、以下の工程、
(1)90〜98質量%の硫酸を含む反応媒体において、金属又は金属酸化物とともに、スルフォン化用固体酸触媒の存在下において、レーザアブレーションを行い、次いで、60〜98質量%の硝酸及び強酸化剤を撹拌下に添加して、スルフォン化グラファイトを含有する懸濁液を調製する工程、
(2)得られた懸濁液に水及び25〜40質量%の塩酸を添加して、スルフォン化グラファイトを加水分解する工程、
を有することを特徴とする、金属ドープ酸化グラフェンの製造方法。
A method for producing metal-doped graphene oxide, comprising the following steps:
(1) In a reaction medium containing 90 to 98% by mass of sulfuric acid, laser ablation is carried out in the presence of a sulfonated solid acid catalyst together with a metal or metal oxide, and then 60 to 98% by mass of nitric acid and strong Adding an oxidizing agent with stirring to prepare a suspension containing sulfonated graphite;
(2) adding water and 25-40 mass% hydrochloric acid to the resulting suspension to hydrolyze the sulfonated graphite;
A method for producing metal-doped graphene oxide, comprising:
前記固体酸触媒が、炭化Dグルコースである請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the solid acid catalyst is carbonized D glucose. 前記強酸化剤が、過マンガン酸カリウムである請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the strong oxidant is potassium permanganate. 前記レーザアブレーションが、YAGレーザで行われる請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the laser ablation is performed with a YAG laser. 金属非ドープ還元型酸化グラフェンの製造方法であって、酸化グラフェンを、100〜400℃において加熱することを特徴とする方法。   A method for producing metal-undoped reduced graphene oxide, the graphene oxide being heated at 100 to 400 ° C. 前記酸化グラフェンが、以下の工程、
(1)90〜98質量%の硫酸を含む反応媒体において、スルフォン化用固体酸触媒の存在下において、レーザアブレーションを行い、次いで、60〜98質量%の硝酸及び強酸化剤を撹拌下に添加して、スルフォン化グラファイトを含有する懸濁液を調製する工程、
そして
(2)得られた懸濁液に水及び25〜40質量%の塩酸を添加して、スルフォン化グラファイトを加水分解する工程、
によって得られるものである請求項5に記載の方法。
The graphene oxide has the following steps:
(1) In a reaction medium containing 90 to 98% by mass of sulfuric acid, laser ablation is performed in the presence of a solid acid catalyst for sulfonation, and then 60 to 98% by mass of nitric acid and a strong oxidizing agent are added with stirring. Preparing a suspension containing sulfonated graphite,
And (2) adding water and 25-40% by mass hydrochloric acid to the resulting suspension to hydrolyze the sulfonated graphite,
The method according to claim 5, which is obtained by:
不活性ガスの存在下で加熱する請求項5に記載の方法。   The process according to claim 5, wherein the heating is carried out in the presence of an inert gas. 不活性ガスが、窒素である請求項7に記載の方法。   The method according to claim 7, wherein the inert gas is nitrogen. 請求項1に記載の方法により得られた金属ドープ酸化グラフェンを、100〜400℃において加熱することを特徴とする金属ドープ還元型酸化グラフェンを製造する方法。   A method for producing metal-doped reduced graphene oxide, comprising heating the metal-doped graphene oxide obtained by the method according to claim 1 at 100 to 400 ° C. 不活性ガスの存在下で加熱する請求項9に記載の方法。   The method according to claim 9, wherein heating is performed in the presence of an inert gas. 不活性ガスが、窒素である請求項10に記載の方法。   The method according to claim 10, wherein the inert gas is nitrogen.
JP2013004180A 2013-01-15 2013-01-15 Method for producing reduced graphene oxide Active JP5357346B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013004180A JP5357346B1 (en) 2013-01-15 2013-01-15 Method for producing reduced graphene oxide
TW102140438A TWI474975B (en) 2013-01-15 2013-11-07 Method for fabricating reduced graphene oxide

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013004180A JP5357346B1 (en) 2013-01-15 2013-01-15 Method for producing reduced graphene oxide

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP5357346B1 JP5357346B1 (en) 2013-12-04
JP2014136653A true JP2014136653A (en) 2014-07-28

Family

ID=49850251

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013004180A Active JP5357346B1 (en) 2013-01-15 2013-01-15 Method for producing reduced graphene oxide

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP5357346B1 (en)
TW (1) TWI474975B (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016124762A (en) * 2015-01-06 2016-07-11 国立大学法人広島大学 Method for producing graphene/silica composite and graphene/silica composite produced by the method
JP2016166113A (en) * 2015-03-10 2016-09-15 株式会社仁科マテリアル Carbon-metal complex
US20210234217A1 (en) * 2018-10-19 2021-07-29 Lg Chem, Ltd. Packaging for Flexible Secondary Battery and Flexible Secondary Battery Comprising the Same
US20210234218A1 (en) * 2018-10-19 2021-07-29 Lg Chem, Ltd. Film for packaging secondary battery and secondary battery comprising the same

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104891479B (en) * 2015-05-26 2017-02-01 中国林业科学研究院林产化学工业研究所 Plant-based graphene and preparation method thereof
TWI648423B (en) 2016-03-08 2019-01-21 財團法人工業技術研究院 Metal-doped graphene and growth method of the same
CN110127685B (en) * 2019-06-04 2023-02-10 新疆弘瑞达纤维有限公司 Preparation method of modified graphene oxide material
CN115010123A (en) * 2022-06-14 2022-09-06 中北大学 Sulfonated reduced graphene oxide and laser preparation method thereof

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102471068B (en) * 2009-08-10 2014-09-17 Idt国际株式会社 A method of producing nano-size graphene-based material and an equipment for producing the same
CN102275908B (en) * 2011-07-07 2013-03-13 中南大学 Preparation method of graphene material
CN102423703B (en) * 2011-12-08 2013-11-27 复旦大学 Graphene-platinum nano-composite catalyst for lithium air battery, and preparation method thereof
CN102646518B (en) * 2012-05-08 2014-03-05 同济大学 Method for fabricating graphene electrode materials through pulsed laser deposition and application thereof

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016124762A (en) * 2015-01-06 2016-07-11 国立大学法人広島大学 Method for producing graphene/silica composite and graphene/silica composite produced by the method
JP2016166113A (en) * 2015-03-10 2016-09-15 株式会社仁科マテリアル Carbon-metal complex
US20210234217A1 (en) * 2018-10-19 2021-07-29 Lg Chem, Ltd. Packaging for Flexible Secondary Battery and Flexible Secondary Battery Comprising the Same
US20210234218A1 (en) * 2018-10-19 2021-07-29 Lg Chem, Ltd. Film for packaging secondary battery and secondary battery comprising the same

Also Published As

Publication number Publication date
TWI474975B (en) 2015-03-01
TW201427898A (en) 2014-07-16
JP5357346B1 (en) 2013-12-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5357346B1 (en) Method for producing reduced graphene oxide
JP5357323B1 (en) Method for producing graphene oxide
Han et al. 3D continuously porous graphene for energy applications
Tan et al. Graphene as a flexible electrode: review of fabrication approaches
Anwer et al. Nature-inspired, graphene-wrapped 3D MoS2 ultrathin microflower architecture as a high-performance anode material for sodium-ion batteries
Tao et al. CuS nanoflowers/semipermeable collodion membrane composite for high-efficiency solar vapor generation
Zeng et al. Hierarchical nanocomposite of hollow N-doped carbon spheres decorated with ultrathin WS2 nanosheets for high-performance lithium-ion battery anode
Wang et al. Cu3BiS3/MXenes with excellent solar–thermal conversion for continuous and efficient seawater desalination
Cheng et al. Tandem chemical modification/mechanical exfoliation of graphite: scalable synthesis of high-quality, surface-functionalized graphene
Chockla et al. Silicon nanowire fabric as a lithium ion battery electrode material
Naseem et al. Photothermal-responsive tungsten bronze/recycled cellulose triacetate porous fiber membranes for efficient light-driven interfacial water evaporation
TWI649208B (en) Energy storage device, film of energy storage device and ink for printing film
Philip et al. Self-protected nickel–graphene hybrid low density 3D scaffolds
Akhiani et al. MXene/rGO grafted sponge with an integrated hydrophobic structure towards light-driven phase change composites
Shan et al. Electrochemical preparation of hydroxylated boron nitride nanosheets for solid–state flexible supercapacitors using deep eutectic solvent and water mixture as electrolytes
Zhang et al. Carbothermal shock enabled functional nanomaterials for energy-related applications
Park et al. Synthesis of silicon carbide nanocrystals using waste poly (vinyl butyral) sheet
Okoroanyanwu et al. Large area millisecond preparation of high-quality, few-layer graphene films on arbitrary substrates via xenon flash lamp photothermal pyrolysis and their application for high-performance micro-supercapacitors
Hou et al. Reduction of graphene oxide and its effect on square resistance of reduced graphene oxide films
Emrinaldi et al. Tuning surface wettability of MoS2 to enhance solar‐driven evaporation rates
CN105695804A (en) Preparation method of high-thermal-conductivity aluminum base graphene composite material
Mohanapriya et al. Simple and low cost production of wrinkled graphene–carbon particles composite for supercapacitor application
Yan et al. Dual Defocused Laser Pyrolysis: A Lasing‐Centric Strategy for Defect and Morphological Optimization in Microsupercapacitor Electrodes
Surekha et al. Structural and morphological studies of Bi2O3/MWCNTs doped reduced graphene oxide for energy storage applications
CN115739013A (en) Three-dimensional multifunctional graphene film and preparation method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5357346

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250