JP7056101B2 - 還元グラフェンの製造方法 - Google Patents
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Description
酸化グラフェンの作製法に特に限定は無く、ハマーズ法等の公知の方法を使用できる。また市販の酸化グラフェンを購入してもよい。酸化グラフェンの作製方法として、ハマーズ法を用いる場合を以下に例示する。
酸化グラフェンを還元しうる還元剤を含有する還元剤液は、還元剤が溶媒に溶けた還元剤液であってもよいし、還元剤自体が液体であるものであっても良い。還元剤としては、有機還元剤、無機還元剤が挙げられるが、還元後の洗浄の容易さから無機還元剤が好ましい。
本発明の還元グラフェンの製造方法は、上記の酸化グラフェン分散液と還元剤液とをそれぞれ別の流路から送液し、合流点における圧力が0.3MPa以上500MPa以下となるよう合流させる工程を有する。この工程により、酸化グラフェンと還元剤とが混合され、酸化グラフェンが還元される。
サンプルの導電率は直径約20mm、密度1g/cm3のディスク状試験片に成型し、三菱化学株式会社製MCP-HT450高抵抗率計とMCP-T610低抵抗率計を使用して測定した。
各サンプルのエックス線光電子測定はQuantera SXM (PHI社製))を使用して測定した。励起X線は、monochromatic Al Kα1,2 線(1486.6eV)であり、X線径は200μm、光電子脱出角度は45°である。
酸化グラフェンの作製方法:平均粒径25μm鱗片状天然黒鉛粉末(伊藤黒鉛社、品番:Z-25)を原料として、氷浴中の10gの天然黒鉛粉末に、220mlの98%濃硫酸、5gの硝酸ナトリウム、30gの過マンガン酸カリウムを入れ、1時間機械攪拌し、混合液の温度は20℃以下で保持した。この混合液を氷浴から取り出し、35℃水浴中で4時間攪拌反応し、その後イオン交換水500mlを入れて得られた懸濁液を90℃で更に15分反応を行った。最後に600mlのイオン交換水と50mlの過酸化水素を入れ、5分間の反応を行い、酸化グラフェン分散液を得た。熱いうちにこれを濾過し、希塩酸溶液で金属イオンを洗浄し、イオン交換水で酸を洗浄し、pHが7になるまで洗浄を繰り返して酸化グラフェンゲルを作製した。作製した酸化グラフェンゲルを乾燥後エックス線光電子測定したところ、酸素原子の炭素原子に対する元素組成比(O/C比)は0.53であった。
合成例1における硝酸ナトリウムを3.5gとし、過マンガン酸カリウムを21gとした以外は同様に酸化グラフェンゲルを作製した。作製した酸化グラフェンゲルを乾燥後エックス線光電子測定したところ、酸素原子の炭素原子に対する元素組成比(O/C比)は0.45であった。
(1)酸化グラフェン分散液の調製方法:合成例1で作製した酸化グラフェンゲルをイオン交換水で、濃度5g/Lに希釈し、超音波洗浄機で30分処理し、均一な酸化グラフェン分散液を得た。
(1)酸化グラフェン分散液の調製方法:合成例1で作製した酸化グラフェンゲルをイオン交換水で、濃度5g/Lに希釈し、超音波洗浄機で30分処理し、均一な酸化グラフェン分散液を得た。
(1)酸化グラフェン分散液の調製方法:合成例1で作製した酸化グラフェンゲルをイオン交換水で、濃度5g/Lに希釈し、超音波洗浄機で30分処理し、均一な酸化グラフェン分散液を得た。
(2)還元剤液の調製方法:還元剤液としてはベンジルアルコールを用いた。
(3)酸化グラフェン分散液および還元剤液をともに80℃に加熱し、流路も80℃に保った状態とした以外は実施例1の(3)と同様にして、酸化グラフェン分散液と還元剤液とを合流させた。合流後の混合液は、酸化グラフェンの茶色ではなく、グラフェンの黒色が見られ還元されていることが目視で観察された。
実施例1において使用する酸化グラフェンを合成例1の酸化グラフェンゲルの替わりに合成例2の酸化グラフェンゲルを使用し、他は実施例1と同様の処理を実施し還元グラフェン分散液を得た。
実施例1の(1)で調製した酸化グラフェン分散液100mlおよび還元剤液100mlを、40℃に加熱して、ビーカー内で、ホットプレートスターラーで300rpmで攪拌しながら、40℃に加熱し、1時間反応させた。還元により酸化グラフェンの茶色からグラフェンの黒色に変化している様子が目視にて観察された。
実施例3の(1)で調製した酸化グラフェン分散液100mlおよび還元剤液100mlを、80℃に加熱して、ビーカー内で、ホットプレートスターラーで300rpmで攪拌しながら、80℃に加熱し、1時間反応させた。
Claims (14)
- 酸化グラフェンを還元剤により還元する還元グラフェンの製造方法であって、酸化グラフェン分散液と、酸化グラフェンを還元しうる還元剤を含有する還元剤液とをそれぞれ別の流路から送液し、合流点における圧力が0.3MPa以上500MPa以下となるよう合流させる工程を有し、合流点直後におけるレイノルズ数が100以上である、還元グラフェンの製造方法。
- 酸化グラフェンを還元剤により還元する還元グラフェンの製造方法であって、酸化グラフェン分散液と、酸化グラフェンを還元しうる還元剤を含有する還元剤液とをそれぞれ別の流路から送液し、合流点における圧力が0.3MPa以上500MPa以下となるよう合流させる工程を有し、合流点付近で合流直後の混合液の流れを乱流とする、還元グラフェンの製造方法。
- 前記合流点付近で合流直後の混合液の流れを乱流とする、請求項1に記載の還元グラフェンの製造方法。
- 前記酸化グラフェン分散液と前記還元剤液とを、加圧送液ポンプにてそれぞれ流路中を加圧しながら送液し合流させる、請求項1~3のいずれかに記載の還元グラフェンの製造方法。
- 前記加圧送液ポンプとしてプランジャーポンプを用いる、請求項4に記載の還元グラフェンの製造方法。
- 前記流路の合流点直前における各流路の流路径が0.05mm以上3mm以下である、請求項1~5のいずれかに記載の還元グラフェンの製造方法。
- 前記流路に送液する前に、前記酸化グラフェン分散液および/または前記還元剤液を予め加熱する、請求項1~6のいずれかに記載の還元グラフェンの製造方法。
- 前記流路中で前記酸化グラフェン分散液および/または前記還元剤液を加熱する、請求項1~7のいずれかに記載の還元グラフェンの製造方法。
- 前記酸化グラフェン分散液中の酸化グラフェンをエックス線光電子測定した際のO/C比が0.5以下である。請求項1~8のいずれかに記載の還元グラフェンの製造方法。
- 前記還元剤液として無機還元剤の水溶液を用いる、請求項1~9のいずれかに記載の還元グラフェンの製造方法。
- 前記酸化グラフェン分散液として、酸化グラフェン水分散液を用いる、請求項10に記載の還元グラフェンの製造方法。
- 前記還元剤として、亜ジチオン酸ナトリウム、亜ジチオン酸カリウム、水素化ホウ素ナトリウムおよびヒドラジンからなる群より選択される還元剤を用いる、請求項1~11のいずれかに記載の還元グラフェンの製造方法。
- 前記合流点における圧力が1MPa以上250MPa以下である、請求項1~12のいずれかに記載の還元グラフェンの製造方法。
- 湿式ジェットミルを用いて実施される、請求項1~13のいずれかに記載の還元グラフェンの製造方法。
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