[发明专利]一种制备石墨烯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯，尤其是涉及一种制备石墨烯的方法。

背景技术

石墨烯是一种二维的单原子层材料，sp²碳原子紧密排列成蜂窝状（Science,2004,306:666-669;Nature Materials,2007,6:183-191）。其具有非常独特的力学（Science,2008,321:385-388），电学（Science,2004,306:666-669;Nano Letters,2008,8:3498-3502.）,及其热学性能(Nano Letters,2008,8:902-907)。目前石墨烯的制备方法主要有石墨的化学氧化还原法（Journal of Materials Chemistry,2006,16,155-158;Nature Nanotechnology,2008,3:270-273），增长办法（Nano Letters,2008,8:2012-2016;Nature,2010,468,549-552;Science2006,312,1191-1196）和液相生产方法（Nature Nanotechnology,2008,3:563-568；Journal of the American.Chemical Society,2009,131:3611-3620）。其中，化学氧化还原法是制备石墨烯最常用的途径，但该过程制得的石墨烯存在大量的氧化缺陷，严重破坏了石墨烯的完整结构，进而限制了其优异的性能。增长办法由于条件苛刻，制备难度大，所需成本较高，不适于产业化生产。而液相生产办法尽管可以避免氧化缺陷的引入，但是其所用溶剂及其添加剂多为有毒试剂，且价格昂贵，严重限制了其在生物医学领域的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备石墨烯的方法，该方法所得石墨烯结构完备，无氧化缺陷，而且所得石墨烯分散液无毒，可以应用于生物医学领域。

本发明包括以下步骤：

1）将天然石墨粉加入到溶有壳聚糖的酸性水溶液中，超声后得到含有石墨烯的分散液；

2）将分散液静置，将分散液上层部分低速离心，收集离心所得的上层液；

3）再将上层液高速离心，去掉上清部分，将所得的下层物质用去离子水在高速离心机中反复离心清洗，将最终收集的物质真空干燥即可获得固体石墨烯粉末。

在步骤1）中，所述石墨粉与壳聚糖的质量比可为1∶（0.1～500）；所述酸性水溶液的pH可为1～5；所述超声的时间可为0.5～50h。

在步骤2）中，所述静置的时间可为2～240h；所述低速离心的速度可为400～2000r/min。

在步骤3）中，所述高速离心的速度可为5000～20000r/min。

本发明在天然高分子壳聚糖的辅助作用下，通过简单的超声方法，在水溶液中直接剥离石墨制备石墨烯。通过紫外，透射电镜（TEM），XRD，XPS，Zeta电位等分析方法，对石墨烯的结构,分散性能进行了表征，证明了通过本发明可以制备无氧化缺陷的石墨烯片,而且该石墨烯片在pH小于5的壳聚糖溶液中具有较好的分散性。

本发明使用具有生物相容性与生物可降解性的天然高分子壳聚糖作为分散剂，制备所得石墨烯从单层到多层均存在，所得石墨烯几乎没有什么氧化缺陷，制备所得石墨烯壳聚糖分散液可以通过调节其pH值，使其发生可逆聚集。

本发明环保，操作简单，成本较低，有利于石墨烯的产业化生产。

附图说明

图1是本发明实施例所制备石墨烯分散液的紫外光谱图。在图1中，横坐标为波长(nm)，纵坐标为吸光度。

图2是本发明实施例所制备石墨烯的透射电镜(TEM)图。在图2中，标尺为100nm。

图3是本发明实施例所制备石墨烯的X射线衍射（XRD）谱图。在图3中，横坐标为衍射角（°），纵坐标为强度。

图4是本发明实施例所制备石墨烯C1s的X光电子能谱（XPS）数据图。在图4中，横坐标为键合能(eV)，纵坐标为相对强度。

图5是本发明实施例所制备石墨烯分散液在不同pH下的zeta电位图。在图5中，横坐标为pH，纵坐标为电位(mv)。

图6是本发明实施例所制备石墨烯分散液在不同pH下可发生可逆聚集行为的光学图片。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。