[发明专利]一种电极阵列电化学剥离石墨生产石墨烯的装置和方法

说明书

本发明公开了一种电极阵列电化学剥离石墨生产石墨烯的装置和方法，所述装置包括电解槽，电解槽内充满电解液，电解槽内设有与电源连通的极性相反的一组第一导电母线和第二导电母线，每个第一导电母线和第二导电母线上依次顺序间隔悬挂有石墨电极装置和对电极装置，电解槽上设有电解液出口，电解液出口通过设有第一开关阀的第一导管与泵连通后进入缓冲池，电解槽上还设有一组电解液进料口，每个电解液进料口通过设有第二开关阀的第二导管与缓冲池连通。这种装置低成本、具有安全高效、操作简便、可实现连续化生产的优点，所述方法反应条件温和、操作简单、能提高规模化生产石墨烯效率。

技术领域

本发明涉及电化学法规模化生产石墨烯的技术，具体是一种电极阵列电化学剥离石墨生产石墨烯的装置和方法。

背景技术

石墨烯是具有完美单原子层的二维蜂窝型晶体，因其独特的物理结构而具有优异的光学、力学、电子学等性能，在光学、电子学、生物医学、储能以及传感器等领域具有潜在的应用前景，受到了来自科学界及各国政府的广泛关注，使得石墨烯领域相关的基础科学与应用技术在近十多年得到了迅猛发展。但是目前石墨烯的工业化生产和应用仍然缓慢，其中如何绿色、低成本、规模化生产高品质石墨烯是制约石墨烯领域发展的关键问题。

目前石墨烯的制备方法主要包括机械剥离法、SiC外延生长法、化学气相沉积法、氧化还原法、溶剂热法、电化学剥离法等，相对于其他方法，电化学剥离法具有低成本、快速高效、绿色环保等优点，近年来受到学术界和工业界的广泛关注和青睐，该方法以石墨作为阳极（或阴极），在不同的电解液中，利用电场作用驱动离子进入石墨电极装置，使其体积发生膨胀削弱层间范德华力，最终剥离脱落得到单层或少层石墨烯，该方法的特点主要有：（1）以石墨为原材料，价格低廉且储量丰富；（2）反应条件温和、操作简单、生产成本低；（3）生产过程无需使用强氧化剂和还原剂，具有绿色环保优势，同时能够减少石墨烯缺陷；（4）电化学剥离过程中电压和电流等关键工艺参数能够精准调控，可以实现石墨烯的可控生产和性能调控；（5）电化学剥离石墨反应过程在阳极获得石墨烯的同时，阴极将同步电解水生产清洁能源氢气，具备同一过程联产石墨烯和氢气的优势。

但是，目前电化学剥离法尚处于实验室基础研究阶段，生产方式主要为单一石墨电极装置剥离，烧杯级别的电化学剥离法虽然可以得到高品质的石墨烯产品，但是剥离效率和生产规模较小，无法满足工业级规模化生产的需求，因此，亟需开发高效、规模化的电化学剥离石墨制备石墨烯生产方法及相应装置。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术得不足，而提供一种电极阵列电化学剥离石墨生产石墨烯的装置和方法。这种装置低成本、具有安全高效、操作简便、可实现连续化生产的优点，这种方法反应条件温和、操作简单、生产成本低，生产过程无需使用强氧化剂和还原剂，具有绿色环保优势，电化学剥离过程中电压和电流工艺参数能够精准调控，能实现石墨烯的可控生产和性能调控、提高规模化生产石墨烯效率。

实现本发明目的的技术方案是：

一种电极阵列电化学剥离石墨生产石墨烯的装置， 包括电解槽，所述电解槽内充满电解液，电解槽内设有与直流电源连通的极性相反的一组第一导电母线和第二导电母线，第一导电母线和第二导电母线提供电化学剥离电流，每个第一导电母线和第二导电母线上依次顺序间隔悬挂有石墨电极装置和对电极装置，石墨电极装置和对电极装置其中石墨电极装置上的第一导电极耳和对电极装置的第二绝缘极耳悬挂在第一导电母线上，石墨电极装置上的第一绝缘极耳和对电极装置上的第二导电极耳悬挂在第二导电母线上，电解槽上设有电解液出口，电解液出口通过设有第一开关阀的第一导管与泵连通后进入缓冲池，电解槽上还设有一组电解液进料口，每个电解液进料口通过设有第二开关阀的第二导管与缓冲池连通。