[发明专利]一种快速制备还原石墨烯及其复合材料的方法

说明书

本发明公开了一种快速制备还原石墨烯及其复合材料的方法，包括制备原料和制备方法，所述制备原料如下：氧化石墨烯和有机气源；所述制备方法的详细步骤如下：步骤a.用Hummers制备氧化石墨烯，得到氧化石墨烯或氧化石墨烯/二氧化锰复合粉体，步骤b.将氧化石墨烯或氧化石墨烯/二氧化锰复合粉体通过超音速可燃混合气喷射入燃烧室形成气溶胶并快速燃烧，收集得到还原石墨烯或还原石墨烯/二氧化锰复合粉体。本发明以剧烈快速的化学反应放热制备还原石墨烯，由于反应剧烈，脱氧效果好，得到的还原石墨烯含氧率低；剧烈燃烧反应的短时放热量大，氧化石墨烯在还原过程中释放的气体将其快速膨胀开，得到的还原石墨烯层数少，方法简单，可大批量生产。

技术领域

本发明涉及石墨烯生产加工技术领域，具体为一种快速制备还原石墨烯及其复合材料的方法。

背景技术

近年来，石墨烯是一种新兴的，最薄的碳纳米材料。石墨烯是一种二维碳材料，是单层石墨烯，双层石墨烯，多层石墨烯的统称。石墨烯具有一系列优异的特点，如：比表面积大、高机械强度、高透光性等。碳纳米管也是一种新型的、具有一维纳米尺度的碳材料。

碳纳米管中的碳原子与周围的三个碳原子连接，它们与邻近的碳原子形成六角圆环，并以蜂窝状的形状铺展开来，在卷成圆柱管。当由薄片状转变成管状时，其形态特征带来了由于的热学、力学、电学性能。金属纳米颗粒也是国内外正在兴起的高新技术领域。由于纳米级的特殊结构，使其具有小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应和量子宏观隧道效应等物理特性。这些效应使得金属纳米颗粒在声、光、电、磁、热方面发生突变，与宏观的颗粒表现出的性能有很大差异。

从石墨烯被发现开始，人们对其制备和氧化石墨烯的还原从未停止过探究。对氧化石墨烯进行热还原可以得到性能优异的还原石墨烯。氧化石墨烯的还原方法很多，已有有大量的文献报道，一些专利申请已经公开。

D.Li等人在Naturenanotechnology上公开的一种制备方法(D.Li；M.B.Müller；S.Gilje；R.B.Kaner；G.G.Wallace；Processable aqueous dispersions of graphenenanosheets.Naturenanotechnology,2008,3,101-105)，其通过超声剥离的氧化石墨烯单层在水溶液中加入水合肼，80度搅拌处理一小时即可获得具有良好分散性的石墨烯分散液。这种方法被国内外实验室大量采用。

但是，所制备的还原石墨烯要保证良好的分散性，其浓度必须很低，不仅除去水分耗能严重，所得固体粉末团聚严重。针对此一问题，李维实等人公开的中国发明专利CN101863465A(一种可分散于有机溶剂石墨烯的制备方法)通过化学修饰氧化石墨烯，在其表面功能化带树枝状结构的胺类或醇类化合物，使其在水合肼还原后依然能保持良好的分散性。但是，这两种还原方法都必须使用水合肼，其价格昂贵，且毒性较大，不利于规模化生产高质量还原石墨烯粉体。存在类似问题的已公开发明专利包括：CN102452650A(一种低温化学法制备石墨烯的方法)以有毒的硼氢化钠作为还原剂，CN102001651A(基于羟胺还原的石墨烯制备方法)以氨水和盐酸羟胺作为还原剂，CN102183557A(一种环糊精功能化石墨烯的制备方法)以环糊精功能化氧化石墨烯结合水合肼还原剂处理，CN102107871A(一种制备石墨烯的方法)以金属硼氢化物作为还原剂，CN102225754A(一种氧化石墨烯的制备方法)以水合肼作为还原剂，CN102153078A(一种氧化石墨烯的还原方法)以丙酮肟、乙醛肟或甲乙基酮肟为还原剂，CN102259851A(一种低温化学还原法制备石墨烯的方法)以碘化铝为还原剂，CN103241727A(一种石墨烯的制备方法)还原剂为水合肼、硼氢化钠或溴化氢，CN102862978A(一种石墨烯的制备方法)所用还原剂为二苯胺磺酸钠。其它相似专利就不一一赘述。