[发明专利]介质阻挡放电等离子体制备还原氧化石墨烯的方法

说明书

本发明涉及一种介质阻挡放电等离子体制备还原氧化石墨烯的方法，包括以下步骤：⑴将氧化石墨烯放置在等离子体装置中的两个电极之间；⑵通入等离子体放电气体；⑶在两个电极上施加高电压，装置产生等离子体，处理一段时间后得到成品。本发明中，设备简单、操作简便、能耗低、无污染，生产效率高，且碳源转化率达到90％以上，比表面积从热处理还原法的100m²/g左右提高到400m²/g以上，是一种成本低、易于推广、适合实际生产的新型制备方法。

技术领域

本发明属于石墨烯制造工艺改进技术领域，尤其是涉及一种介质阻挡放电等离子体制备还原氧化石墨烯的方法。

背景技术

石墨烯是由碳原子以sp²杂化轨道按蜂窝状晶格排布而成的二维纳米材料，具有良好的强度、柔韧性、导电性、导热性、光学特性，被认为是下一代微电子器件、有机光电材料、高效储能材料、多功能复合材料以及生物医药等领域的首选材料。

目前，还原氧化石墨烯法被认为是大规模制备石墨烯的最可行方法，具体包括化学还原法、光催化还原法、电化学还原法和热还原法等。上述各方法存在各自的缺陷，如化学还原法使用的还原剂存在高污染、高毒性的缺点，且需后续去除，操作复杂；光催化还原法反应周期长达5小时以上且需难以分离的光催化剂；电化学还原法在0.1～5mg/mL的低浓度氧化石墨烯分散液中进行，处理量低，而且石墨烯表面张力大，容易发生团聚，不利于形成层数较少的还原石墨烯；热还原法可以在惰性气氛下直接对氧化石墨烯粉末进行还原，但需要较高的温度，操作困难，对设备要求高、能耗高。

经过相关文献检索，有少量等离子处理碳材料制备石墨烯的报道，例如，CN102153076A、CN104609408A、CN102781831A采用等离子体处理石墨，CN101993060A采用等离子体处理氧化石墨烯，但均采用电弧放电热等离子体，温度达到4000～5000K的高温，操作困难，对设备要求高、能耗高；采用等离子体抛光技术(CN103484889A)处理热溶液(60～95℃)中的石墨制备出石墨烯溶液，但所得的石墨烯易团聚成颗粒，不利于应用，且所得产物需稀释、超声、洗涤、干燥等后续处理，周期长达7小时；采用微波等离子体(CN102107870A)、电感耦合等离子体(CN104085884A)或辉光放电等离子体(CN103818899A)处理氧化石墨烯制备石墨烯，设备复杂、处理量少。

除此之外，等离子体可高效分解甲烷，乙烷，乙炔，乙醇，蔗糖等碳源气体，可协助化学气相沉积法制备石墨烯，例如：CN105152165A，CN104773725A，CN103570006A，CN103183334A和CN103708444A，但该法需要将衬底置于300～1000℃的高温区，10～1000Pa的低压，装置复杂，反应物的使用率低，产量少。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供操作简便、节能省耗、环境友好且效率更 高的一种介质阻挡放电等离子体制备还原氧化石墨烯的方法。

本发明采取的技术方案是：

一种介质阻挡放电等离子体制备还原氧化石墨烯的方法，其特征在于：包括以下步骤：

⑴将氧化石墨烯放置在等离子体装置中的两个电极之间；

⑵通入等离子体放电气体；

⑶在两个电极上施加高电压，装置产生等离子体，处理一段时间后得到成品。

而且，步骤⑴所述等离子体装置为点-板式、板-板式或管式的介质阻挡放电装置。

而且，步骤⑴所述氧化石墨烯为单层或多层的片状或粉末状。

而且，步骤⑴所述氧化石墨烯由Brodie法、Staudenmaier法、Hummers法、Improved-Hummers法或Improved法制得。