[发明专利]一种基于芳香醇通过溶剂热制备石墨烯的方法

说明书

技术领域

本发明属于无机材料化学领域，具体涉及一种石墨烯制备的方法。

背景技术

自2004年被发现以来，石墨烯(Graphene)由于其独特的结构、优异的性能和广阔的应用前景而备受关注。通过还原氧化石墨烯(GO)制备石墨烯已成为低成本、大批量制备石墨烯的一个重要途径，对促进石墨烯的工业化应用具有重大意义。其关键是采用什么还原方法有效地去除GO表面的含氧官能团，获得具有高导电性的石墨烯。GO的还原方法主要有两类：化学还原法和热还原法。

化学还原是一般是通过添加强还原剂(如：肼、二甲肼、硼氢化钠)在较低温度下(＜100℃)进行长时间(＞18h)的还原反应把氧化石墨还原成石墨烯，存在着反应时间长、高毒性、后续工艺长(因为要去除由于引入还原剂而新增的副产物)、还原效果仍不理想等缺陷。例如：文献Daniel R.Dreyer，et al.Reduction of graphite oxide using alcohols.J.Mater.Chem，2011，21，3443-7.中报导了用高活性醇(如：苯甲醇，芳香醇的一种)作为还原剂，在100℃下反应了5天来还原氧化石墨制备石墨烯。该文献的思路是利用醇羟基去还原GO，由于醇羟基的还原性不强，还原反应的速率低，为了彻底还原，必须长时间反应(5天)。

热还原法大致分为高温热解法和溶剂热法。高温热解法是在1000℃以上，惰性或还原气氛中进行热还原，还原成本和设备要求高，因此限制了该方法的广泛应用。溶剂热法是先用溶剂把GO做成分散液的形式，然后对GO分散液在一定温度和压力下进行加热，在热的作用下使GO还原。溶剂热法主要面临的问题是很难找到一种无毒、高沸点、廉价且对石墨烯分散良好的溶剂，例如中国专利CN200910093581.7选用有机胺作为溶剂来还原GO，有机胺价格贵且胺类溶剂毒性高；CN200910050318.X选用二甲亚砜作为溶剂通过加热来还原石墨烯，通过我们的研究发现二甲亚砜，在较低温度下(＜200)对氧化石墨的还原程度并不高，而在高温下又会分解出有毒且恶臭的含硫化合物(如：二氧化硫)；CN201010547818.7虽然选用常规溶剂，但是必须在溶剂的超临界温度以上反应，这样势必会对设备要求苛刻且高温会消耗大量能源，从而限制其实际应用。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种产量大、耗时短和溶剂无毒且可回收再使用的制备石墨烯的方法，去克服现有技术中存在的缺陷。

本发明的目的可以通过以下方法实现：

一种制备石墨烯的方法，包含如下步骤：

把氧化石墨(GO)分散在芳香醇类溶剂中，得到氧化石墨烯的分散液，将该氧化石墨烯的分散液通过溶剂热反应后，冷却得到石墨烯的芳香醇类分散液，分离该石墨烯的芳香醇类分散液即得到石墨烯；

其中，溶剂热反应的时间0.1小时-5小时，温度为120-350℃，压力为0.1-10MPa。

本发明方法中对于芳香醇类溶剂没有特别限定，考虑到溶剂的性价比和市场上的易获得性，优选为苯甲醇、1-苯乙醇、2-苯乙醇、4-甲基苄醇、1-苯丙醇、3-苯丙醇、2-甲基-1-苯基-2-丙醇、2-苯基-2-丙醇、苯基乙二醇、二苯基甲醇、3-苯氧苄醇、1-萘甲醇、或9-蒽醇中的一种或几种。考虑到成本因素和环保无毒性，特别优选苯甲醇、1-苯乙醇、或2-苯乙醇中的一种或几种。最优选为苯甲醇。

之所以选择芳香醇类作为我们的溶剂是出于以下考虑：一是在高温高压溶剂热作用下，芳香醇类的还原活性要比普通溶剂(如：水，乙醇，乙二醇，二甲亚砜，N-甲基吡咯烷酮等)高，在相同条件下通过芳香醇还原GO得到的石墨烯的电导率比用普通溶剂得到的电导率高出1-7个数量级；二是芳香醇类溶剂有着高沸点和低毒性的特性，用它们作为热的载体对氧化石墨进行热还原比较安全环保；三是由于主要是在热的作用下使GO还原成石墨烯，所以绝大部分芳香醇类溶剂在溶剂热反应中没有参与氧化还原反应，其物理化学性质没有发生改变，因此通过简单的回收和提纯处理又可循环再作为溶解和还原GO的溶剂使用，这样在很大程度上节约了原料成本；四是芳香醇能较好地分散GO和石墨烯，芳香醇的醇羟基与GO有很强的亲和性，芳香醇内的苯环与石墨烯的大π健可以产生π-π共轭，这样会很好地提高石墨烯在芳香醇类溶剂中的分散稳定性，能增加分散液中石墨烯的固含量和避免得到的石墨烯团聚，这些是工业化大量生产的前提条件。