[发明专利]石墨烯的制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种石墨烯的制备方法。

【背景技术】

石墨烯是一种在六角二维晶体结构上具有sp²-骨架单层原子厚度的碳材料。 与富勒烯、碳纳米管相比，石墨烯被认为是最有前景的碳材料，其原料石墨的 来源丰富，自身具有电学、力学、热学和光学等方面优异的性能，在超级电容 器、锂离子电池、液晶装置、晶体管和传感器等领域有着诸多潜在应用。然而， 高质量、大规模制备石墨烯鳞片是目前石墨烯应用最大的瓶颈。传统的公开报 道制备石墨烯的方法主要为：化学气相沉积、外延气相沉积生长、微机械剥落 以及制备胶体分散液还原。其中胶体分散液还原是最易于实现规模化制备石墨 烯的方法，其主要是通过制备氧化石墨后剥落还原，或者通过向石墨或氧化石 墨等石墨衍生物插入有机物等使其易于分离，再超声剥离为单层片状石墨烯。 已有较多文献公开报道利用液相法在纯水溶液、DMF或者和水的混合液、碳酸 乙烯酯等溶剂中制备石墨烯。液相法被认为是规模化低成本制备石墨烯材料的 最有前景的方法。在这些极性溶剂中，氧化石墨在水溶液中易于剥离分散形成 胶体溶液，但还原制备石墨烯时易于团聚结块，并且难于洗涤分离出产物。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种还原过程中石墨烯不易结块、且易于分离出石墨 烯的石墨烯的制备方法。

一种石墨烯的制备方法，包括如下步骤：

制备氧化石墨烯的胶体溶液；

向所述胶体溶液中加入中性盐，混匀后得到氧化石墨烯中性盐溶液；

向所述氧化石墨烯中性盐溶液中加入还原剂，加热还原得到所述石墨烯。

优选的，所述制备氧化石墨烯的胶体溶液包括如下步骤：

将氧化石墨与溶剂在研钵中混合，研碎得到胶状物；

将所述胶状物加入到溶剂中进行超声剥离得到所述氧化石墨烯的胶体溶 液。

优选的，所述溶剂为水、醇或者水与醇的混合物。

优选的，所述胶体溶液中氧化石墨烯的浓度为0.05～4mg/mL。

优选的，向所述胶体溶液中加入中性盐是以中性盐化合物单体或者中性盐 溶液形式加入。

优选的，所述中性盐为氯化钾、氯化钠、硫酸钾及硫酸钠中的至少一种。

优选的，所述氧化石墨烯中性盐溶液中中性盐的浓度为0.1～6mol/L。

优选的，所述还原剂为水合肼、硼氢化钠或溴化氢。

优选的，所述加热还原的温度为80～120℃，时间为2～48小时。

通过向氧化石墨烯的胶体溶液中加入中性盐，中性盐电离出来的正离子可 以与氧化石墨烯表层的氧作用，形成化合键结构，并形成絮状化合物，还原时 由于正离子的存在，氧化石墨烯片层相互排斥，不聚合而得到稳定的片状石墨 烯；另外，添加中性盐后，溶液的浮力大大增加，也有利于还原后得到的石墨 烯在溶液中漂浮，而难以沉降形成块状，从而还原后可以得到具有良好分散性、 不结块的石墨烯，制得的石墨烯比表面积大于等于600m²/g。

【附图说明】

图1为一实施方式的石墨烯的制备方法的流程图；

图2为氧化石墨在溶液中的剥离和还原示意图，(a)→(b)所示为在水溶液中 的还原过程，(a)→(c)→(d)所示为在中性盐溶液中的还原过程；

图3为实施例1制得的石墨烯的SEM图片；

图4为实施例1制得的石墨烯的TEM图片；

图5为实施例1制得的石墨烯的与氧化石墨的TGA表征结果；

图6为实施例1制得的石墨烯的与氧化石墨的红外光谱表征结果；

图7为对比例1制得的石墨烯的SEM图片。

【具体实施方式】

下面主要结合附图及具体实施例对石墨烯的制备方法作进一步详细的说 明。

如图1所示，一实施方式的石墨烯的制备方法，包括如下步骤：

步骤S10，制备氧化石墨烯的胶体溶液：

首先制备氧化石墨，可以采用如下方法：将浓硫酸与石墨粉在反应器中混 合均匀，加热至70～80℃氧化4小时，冷却后超声2小时，再用去离子水稀释、 洗涤、烘干，得到预处理的石墨粉；根据Hummer氧化法将其与浓硫酸，硝酸 钠和高锰酸钾混合氧化，制备得到充分氧化的氧化石墨。氧化石墨的制备方法 不限于此。