[发明专利]一种石墨烯的制备方法及石墨烯

说明书

技术领域

本发明属于碳材料技术领域，尤其涉及一种石墨烯的制备方法及石墨烯。

背景技术

石墨烯(Graphene)是一种由碳原子构成的单层片状结构，并且只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯在很多方面都展现出了优异的性能，比如石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3％的光，其透光性非常好；石墨烯的导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石；石墨烯常温下的电子迁移率超过15000cm²/V·s，高于纳米碳管和硅晶体；石墨烯的电阻率只有10^-6Ω·cm，比铜或银更低，是目前电阻率最小的材料；此外石墨烯也是目前最薄却最坚硬的材料。将石墨烯制备成粉体更有利于石墨烯的应用，如石墨烯材料粉体可用作膨胀剂材料的添加剂，提高膨胀剂材料的电学性能和力学强度，石墨烯材料粉体具有广阔的应用前景。

目前，可采用多种方法制备得到石墨烯材料粉体，如机械剥离法、氧化-还原法、晶体外延生长法、化学气相沉积法、有机合成法和剥离碳纳米管法等。在这些方法中，机械剥离法和外延生长法制备效率很低，难以满足大规模的需要。化学气相沉积法虽然可以获得大尺寸连续的石墨烯薄膜，但适用于微纳电子器件或透明导电薄膜，却不能满足储能材料及功能复合材料领域的大规模需求。氧化-还原法制备石墨烯材料粉体的成本低廉且容易实现，但是会产生大量的废水，对环境造成严重污染，限制了石墨烯的产业化发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯的制备方法及石墨烯，本发明提供的制备方法没有使用强酸或强碱等原料，而是采用金属催化剂对碳源进行催化得到石墨烯，对环境无污染。

本发明提供一种石墨烯的制备方法，包括以下步骤：

A)将碳源和金属捕捉剂混合，得到改性碳源，所述碳源包括离子交换树脂、淀粉、纤维素和无定形碳中的一种或几种；

B)将金属催化剂与所述步骤A)中的改性碳源混合，进行吸附，得到吸附有金属催化剂的碳源；

C)将所述步骤B)中的吸附有金属催化剂的碳源进行加热，得到石墨烯。

优选的，所述步骤A)中的碳源包括酚醛树脂、苯乙烯类树脂、环氧树脂、木炭粉、活性炭、介孔碳、淀粉和纤维素中的一种或几种。

优选的，所述步骤A)中的金属捕捉剂包括有机硫重金属捕捉剂、磷酸盐类金属捕捉剂、氨基羧酸类金属捕捉剂、有机膦酸类金属捕捉剂和羟基羧酸类金属捕捉剂中的一种或几种。

优选的，所述磷酸盐类金属捕捉剂包括三聚磷酸钠、多聚磷酸钠、六偏磷酸钠和焦磷酸钠中的一种或几种；

所述氨基羧酸类金属捕捉剂包括乙二胺四乙酸、氨基三乙酸、二乙撑三胺五乙酸、N-羟乙基乙胺三乙酸、乙二醇-双-(B-氨基乙醚)-N和N-四乙酸中的一种或几种；

所述有机膦酸类金属捕捉剂包括依替膦酸、氨基三亚甲基膦酸、1-羟乙叉-1，1-二膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸和氨基三甲叉膦酸中的一种或几种；

所述羟基羧酸类金属捕捉剂选自氮川三乙酸钠、柠檬酸、酒石酸、葡萄糖酸钠、羟肟酸、聚丙烯酸和马来酸中的一种或多种。

优选的，所述金属捕捉剂与所述碳源的质量比为1：(10～200)。

优选的，所述步骤B)中金属催化剂包括镍盐、铁盐、钼盐、钴盐和钨盐中的一种或几种；

所述金属催化剂与所述步骤A)中的碳源的质量比为(0.001～0.1)：1。

优选的，所述加热的温度为600～1000℃；

所述加热的时间为0.1～24小时；

所述加热的温度通过升温实现，所述升温的速率为1～10℃/min。

优选的，所述步骤C)具体包括以下步骤：

将造孔剂与所述步骤B)中的吸附有金属催化剂的碳源混合后进行加热，得到石墨烯。

优选的，所述造孔剂包括水蒸汽、氢氧化钾、氧化钾、氯化锌、磷酸、氧化钠和氢氧化钠中的一种或几种；

所述造孔剂与所述步骤A)中的碳源的质量比为(1～10)：1。

本发明提供一种石墨烯，按照上述技术方案所述的制备方法制备得到。