[发明专利]由微晶石墨制备石墨烯的方法

说明书

技术领域

本发明属于功能材料制备领域，涉及一种由微晶石墨制备石墨烯的方法，具体涉及一种由微晶石墨制备纯度高达99％的小片石墨烯的方法。

背景技术

石墨烯是一种由碳的六元环通过键合作用组成的片层状结构。由于石墨烯具有高的导电性，大的比表面积，好的化学稳定性，以及热稳定性和机械柔韧性，使其在光电材料，光催化材料，磁性吸波材料等方面有着广泛的应用，而且由于石墨烯较高的锂离子扩散能力，它在锂离子电池等能源储存与转换材料上也有着很好的应用前景。

氧化还原的方法是目前批量制备石墨烯最为常用和有效的方法，从现有报道的结果上看，石墨烯片的尺寸都在10微米左右，甚至更大，而小片的石墨烯其大部分石墨烯片尺寸在1微米以下，其具有独特的结构特点，例如：与大片石墨烯相比有更大的比表面积，更多的活性边缘位点，使它的相关研究引起本领域研究人员的极大兴趣。但是，目前对于小片石墨烯的合成通常涉及到一些苛刻的实验条件，比如：通过以甲烷为碳源，用高温(>1000℃)气相沉积的方法在金属催化剂表面生长小片石墨烯；在不同pH值的溶液下，分级过滤随机氧化的氧化石墨烯片，其中包括大片和小片的氧化石墨烯，得到小片的氧化石墨烯片，再经过水合肼(N₂H₄)的加热还原得到小片的石墨烯；氧化石墨烯，其中包括大片和小片的氧化石墨烯，在极性有机溶剂，如N,N二甲基甲酰胺中分层，收集上层极少量的原料，在氩/氢(Ar/H₂)气体下在600～1000℃的高温还原得到小片的石墨烯。这些还原过程一般来讲需要用到有毒的化学试剂，需要多个繁琐的步骤，消耗相当长的时间，并且得到的石墨烯难以洗涤干净，产量极低，很难保证样品的质量，很难满足实际生产的需求量。

发明内容

为解决现有的小片石墨烯制备过程繁琐、耗时长、涉及到有毒试剂，且制备出的小片石墨烯质量低等问题，本发明提出一种由微晶石墨制备高纯小片石墨烯的方法。

一种由微晶石墨制备石墨烯的方法，具体包括如下步骤：

步骤1、对微晶石墨进行氧化剥离，具体包括如下步骤：

步骤1.1、将微晶石墨粉3份、固体硝酸钠3份加入洁净干燥的反应容器1中，再将质量浓度为98％以上浓硫酸加入反应容器1中，并将反应容器1置于冰水浴中搅拌；

步骤1.2、待固体硝酸钠完全溶解后，以0.5g/min的速率加入9份高锰酸钾； 

步骤1.3、将所述的水浴温度调至35～40℃，至反应体系中无黑渣，得到溶液1；

步骤1.4、向溶液1中加入去离子水，然后加热使水浴温度升高至70～100℃，并维持在该温度10分钟到1小时后停止加热，得到溶液2；

步骤1.5、待水浴温度降至室温后，向溶液2中加入去离子水，再在搅拌的条件下加入过氧化氢溶液，待溶液2由棕色转变为黄色，即得到氧化石墨溶液；

步骤2、将步骤1得到的氧化石墨溶液进行抽滤；等待溶液抽干之后，加入10％的稀盐酸溶液洗涤后进行第二次抽滤；然后再用去离子水洗涤后进行第三次抽滤3～5天，得到滤饼，即氧化石墨的粗产品；

步骤3、向氧化石墨的粗产品中加入去离子水，混合均匀用离心机以3000～5000rad/min的速度离心，然后再收集上层胶质溶液以8000～11000rad/min的速度离心，收集下层溶液，得到溶液3；

步骤4、将溶液3在8000～14000截留分子量的透析袋中进行透析，待溶液3转变为中性即可停止透析，收集透析袋中的溶液，得到溶液4；

步骤5、向溶液4中加入乙二醇得到混合溶液，将混合溶液调至碱性后，混合均匀，装入反应釜，再将反应釜置于180℃条件下进行还原反应6～12小时，得到凝胶状块体；

步骤6、将步骤5中得到的凝胶状块体用去离子水洗涤至中性即得到所述石墨烯。

一种优选的方式为将得到的石墨烯在烘箱中以50℃直接烘干，得到干的石墨烯。

一种优选的方式为将得到的石墨烯进行冷冻干燥，得到干的石墨烯。