[发明专利]一种电解泥状石墨层间化合物制备氧化石墨烯的方法

说明书

本发明属于氧化石墨烯材料制备领域，具体为一种电解泥状石墨层间化合物制备氧化石墨烯的方法。以泥状的一阶或低阶石墨层间化合物塑型后作为电化学反应阳极电极材料，阳极电极材料以一定的速率浸入电解液中，插入阴极电极，在阴极、阳极之间施加电压，通过电解水对阳极进行电化学氧化剥离。对反应后的阳极泥状物质进行剥离和清洗处理后即得到氧化石墨烯。该方法具有连续可控、高效、产品无重金属离子、易清洗等特点，用于氧化石墨烯材料的工业化生产。

技术领域

本发明属于氧化石墨烯材料制备领域，具体为一种电解泥状石墨层间化合物制备氧化石墨烯的方法。

背景技术

氧化石墨烯是石墨烯最重要的衍生物，通常作为还原制备石墨烯材料的前驱体。同时，由于氧化石墨烯表面含有大量的含氧官能团(如：羟基、环氧基和羧基)，使得氧化石墨烯具有很好的分散性和可组装性。目前，氧化石墨烯在透明导电膜、印刷电子产品、电子化学电容器、锂电池、聚合物复合材料等有着重要应用。

目前氧化石墨烯的工业化制备采用的仍然是以Hummers法为代表的传统化学氧化法，利用浓硫酸、高锰酸钾等强氧化剂来制备氧化石墨烯，但是化学法存在污染严重、有爆炸风险、反应时间长、成本高等问题。

电化学法制备氧化石墨烯具有绿色环保、制备安全等优势，被认为是最有前景的大规模氧化石墨烯制备工艺。电化学法制备氧化石墨烯分为一步和两步电解，目前一步的电化学法普遍存在氧化度低的问题。学术期刊《自然-通讯》(Pei,S.,et al.,Greensynthesis of graphene oxide by seconds timescale water electrolyticoxidation.《Nature Communications》,2018年第9卷第1期第1-9页)，指出了预插层处理对于高质量电解制备氧化石墨烯至关重要。学术期刊《ACS可持续化学与工程》(Fang S,LinY,Hu Y H.Recent advances in green,safe,and fast production of graphene oxidevia electrochemical approaches.《ACS Sustainable ChemistryEngineering》,2019年第7卷第15期第12671-12681页.表1)，总结了目前先进的一步电解法和两步电解法制备氧化石墨烯的特点，其中氧化剥离过程所用的原料均为石墨块材或者片材，这决定了电解过程很难实现连续化和规模化制备。因此，亟需一种高效大批量制备氧化石墨烯的新方法。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提出一种电解泥状石墨层间化合物制备氧化石墨烯的方法，将制备氧化石墨烯过程分为制备泥状石墨层间化合物和剥离氧化两个步骤。通过电解氧化剥离成型的泥状石墨层间化合物，即可实现高效、连续制备氧化石墨烯材料。

本发明的技术方案是：

一种电解泥状石墨层间化合物制备氧化石墨烯的方法，以泥状的一阶或低阶石墨层间化合物塑型后作为电化学反应阳极电极材料，阳极电极材料以一定的速率浸入电解液中，插入阴极电极，在阴极、阳极之间施加电压，对阳极进行电化学氧化剥离，对反应后的阳极泥状物质进行剥离和清洗处理后，即得到氧化石墨烯材料。

所述的电解泥状石墨层间化合物制备氧化石墨烯的方法，泥状的一阶或低阶石墨层间化合物材料是以天然石墨、人造石墨、块状石墨、鳞片石墨、隐晶质石墨、膨胀石墨或石墨粉中的一种或两种以上的复合体，浸没在插层剂中，经过插层反应制备；并且，通过挤压或者涂布的方法塑型成为阳极电极材料。

所述的电解泥状石墨层间化合物制备氧化石墨烯的方法，插层剂是酸、氧化物或盐中的一种或者两种以上非反应体系的混合；其中，酸包括但不限于硫酸、硝酸、高氯酸或磷酸，氧化物包括但不限于三氧化硫、七氧化二氯或过氧化氢，盐包括但不限于高氯酸钾、高锰酸钾、高铁酸钾或金属卤化物，其中金属卤化物包括但不限于三氯化铁、氯化铝、五氟化砷、五氯化锑或五氟化锑；插层剂的质量浓度范围为50％～100％。