[发明专利]一种石墨烯的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯的制备方法，具体地说是采用化学试剂还原法制备石墨烯的方法。

背景技术

石墨烯是由单层碳原子组成的六方蜂巢状结构的二维物质，自从2004年被制备出以来， 以其独特的结构和优良的物理、化学性质在诸多领域中取得了广泛的应用，比如纳米器件、 纳米复合材料、传感器、储氢材料和分离富集等。然而，石墨烯的制备依然是限制其取得进 一步应用的重要因素。目前文献上报道的石墨烯的制备方法主要有化学气相沉积、径向剥解 碳纳米管、机械/化学方法剥离石墨和外延生长等。这些方法虽然在某些特定领域中取得了一 些应用，但是由于成本太高、制备过程繁琐、条件苛刻等原因，它们还远远达不到大量制备 石墨烯的应用要求。

采用化学方法制备石墨烯，即先将石墨氧化为氧化石墨烯，然后采用化学还原的方法制 备石墨烯是一种大量制备石墨烯的很好选择。常用的还原方法包括溶剂热还原、光还原、电 化学还原及化学还原试剂还原。在以上的方法中，溶剂热还原需要在溶剂(如N，N-二甲基 甲酰胺)的沸点温度下加热，这样会造成溶剂分子的分解，从而会产生一些有毒的副产物或 者杂质；电化学还原是一种安全、绿色的还原氧化石墨烯的方法，但是氧化石墨烯在电化学 还原过程中，会有金属离子等杂质也被还原，进而沉积在石墨烯上影响其纯度，不仅提高制 备成本和繁琐了制备过程，而且也不利于石墨烯纯度的提高并限制了其应用。光还原氧化石 墨烯通常是在纳米二氧化钛的辅助下完成的，整个还原过程不仅对pH值有严格的要求，而 且要在通氮气的前提下进行紫外光的照射还原。制备过程过于繁琐，而且纳米二氧化钛会吸 附在还原后的石墨烯上，不能得到纯净的石墨烯，也限制了其应用范围的扩展。

采用化学试剂还原氧化石墨烯，一直是制备石墨烯的研究热点。文献中最先使用的、也 是最广泛的还原试剂是肼类化合物，包括水合肼、苯肼、液态肼等。由于该类物质具有很大 的毒性，而且基于此类还原试剂制备的石墨烯中会有SP³C-N键的存在，会影响石墨烯的品 质。所以这种基于肼类化合物的还原氧化石墨烯的方法已经逐步被淘汰，而且正在被越来越 多的还原试剂所取代。最近，文献报道的氧化石墨烯的还原试剂主要有褪黑素、茶多酚类化 合物、植物提取物、多巴胺、维生素C、还原性糖、硼氢化钠及其取代物、氢化锂铝、混合 酸系统等。这些还原试剂在很大程度上避免了肼类化合物的高毒性。但是，对于褪黑素还原， 生成的石墨烯中也会有sp³C-N键的存在(同肼类化合物还原类似)；对于茶多酚类化合物、 植物提取物和多巴胺的还原，都存在一个共性问题：还原剂本身或者还原剂的氧化产物和石 墨烯之间有很强的吸附性能，不易制备纯净的石墨烯；对于维生素C和还原性糖还原，往往 需要在碱性条件下使用共还原剂完成，制备过程略显繁琐；硼氢化钠及其取代物、氢化锂铝 的还原，要求使用新鲜配制的高浓度的还原试剂，制备过程苛刻，而且还原剂在水中过于活 泼，也是一个亟需解决的问题；使用混合酸系统还原，要用到浓硫酸、三氟乙酸等具有危险 性的试剂，也不利于安全制备石墨烯。因此，开发出一种绿色、温和、简单的石墨烯大量制 备方法具有十分重要的意义。

食品抗氧化剂通常用在食品等产品中，用来延长食品的保质期或者保持其营养。常用的 食品抗氧化剂主要有3-叔丁基-4-羟基苯甲醚(BHA)、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(BHT)、叔 丁基对苯二酚(THBQ)、没食子酸正丙酯(PG)、没食子酸正辛酯(OG)和没食子酸十二丙 酯(DG)，这些食品抗氧化剂可以防止活泼性的氧(氮或氯)自由基对食品造成的氧化损伤， 已经被很多国家允许作为食品添加剂在食品中使用。食品抗氧化剂是一类具有还原性的、生 物相容性的化合物，因此，是一种绿色的还原氧化石墨烯的物质。目前，还没有关于食品抗 氧化剂还原氧化石墨烯制备石墨烯的报道。

发明内容

本发明所要解决的问题是以几种常用的食品抗氧化剂为还原剂，还原氧化石墨烯，提供 一种绿色、温和、简单的制备大量高纯度石墨烯的方法。