[发明专利]用于制备不同性能石墨烯的方法及应用

说明书

本发明提供用于制备不同性能石墨烯的方法及应用，包括氧化过程和热还原过程，所述热还原过程包括：通过调控热还原过程的工艺参数，制备不同性能的石墨烯产品，所述工艺参数包括还原温度或/和时间，所述性能通过指标参数表征，所述指标参数包括含氧量或/和比表面积。本发明通过调控氧化石墨烯在热还原过程的工艺参数，制备得到不同比表面积的石墨烯产品，从而可应用于不同的下游领域。

技术领域

本发明涉及材料合成技术领域，具体地涉及用于制备不同性能石墨烯的方法及应用。

背景技术

石墨烯是一种仅由碳原子组成的六角形蜂巢晶格的二维纳米材料结构。自从发现以来，由于其具有卓越的力学、光学、电学、热学性能而引起广泛的关注和研究。它集合了众多优异性能于一起，在电子信息、能源功能材料、节能环保、生物医药等领域都具有重要的应用前景。近几年，石墨烯产品逐渐出现在人们的生活视野中，从石墨烯口罩、内衣等日用品到石墨烯锂离子电池、高分子复合材料、超级电容器、散热膜等等，石墨烯正在从实验室走向市场落地。其中，石墨烯在导电添加剂、导热膜、高分子复合增强以及防腐涂料等各方面都已经逐步实现了产业化制备与应用。

根据石墨烯的宏观形态的不同，可以将其分为粉体和薄膜两大类。石墨烯粉体是指纳米及微米尺寸的石墨烯片无序聚集体，主要通过液相剥离法、氧化还原法等方法来进行制备。石墨烯薄膜是在特定基底表面生长的，或生长形成后被转移到其他基底上的连续石墨烯材料，微观上因为制备工艺的局限性会存在部分的结构缺陷，宏观上尺寸可达到厘米甚至米量级，主要通过化学气相沉积法、机械剥离法等方法制备。相比于石墨烯粉体，薄膜的优势是连续性和厚度均一性，也更能表征出石墨烯优越的物理化学性能。这几种方法都具有各自的优势和应用场合。

大批量、低成本的生产高质量的石墨烯材料是实现石墨烯应用产业化的前提条件。目前，石墨烯的制备可以大致被归纳为两类技术路径，一类是自上而下的方法，即从石墨本身获得石墨烯，一类是自下而上的方法，从含碳化合物制备石墨烯。其中，自上而下方法中的氧化还原法具备可宏量制备、成本低廉、可靠性强等优点，是产业化制备石墨烯的主流方法。而石墨烯产品的质量是与其下游应用息息相关的。因此，如何根据不用下游应用需求来管控石墨烯产品的性能是解决其产业化和应用化问题的关键。

发明内容

针对现有技术存在问题中的一个或多个，根据本发明的一个方面，提供一种用于制备不同性能石墨烯的方法，包括氧化过程和热还原过程，所述热还原过程包括：

通过调控热还原过程的工艺参数，制备不同性能的石墨烯产品，所述工艺参数包括还原温度或/和时间，所述性能通过指标参数表征，所述指标参数包括含氧量或/和比表面积。

可选地，所述通过调控热还原过程的工艺参数，制备不同性能的石墨烯产品的步骤包括：

通过调控热还原过程的还原温度，制备不同比表面积的石墨烯产品。

可选地，所述通过调控热还原过程的还原温度，制备不同比表面积的石墨烯产品的步骤包括：

在烘箱中以设定气流量通入惰性气体，设置还原温度在设定的温度范围，维持第一设定时间至烘箱内温度均匀；

称取第一设定质量的干燥的GO滤饼倒入烘箱的坩埚中，经过第二设定时间的热还原过程，得到初步还原的石墨烯粉体。

可选地，所述通过调控热还原过程的还原温度，制备不同比表面积的石墨烯产品的步骤包括：

在烘箱中通过氮气，氮气气流量保持为5cm³/min，设置还原温度为180-240℃，维持15min至温度均匀；

将称取(1)中干燥的GO滤饼6±0.1g，倒入到烘箱的坩埚中，再经过10-20min的热还原过程，得到初步还原的石墨烯粉体。

可选地，所述热还原过程还包括制备干燥GO滤饼的步骤，所述制备干燥GO滤饼的步骤包括：