CN103833026A - 一种石墨烯纳米带的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于碳纳米材料制备领域，其公开了一种石墨烯纳米带的制备方法，包括步骤：制备碳纳米工作电极，并选用铅板作为对电极，Hg/Hg₂SO₄作为参比电极，离子液体作为电解液；将三电极浸泡到电解液中；对工作电压先施加正向电压，随后施加反向电压，得到石墨烯纳米带与离子液体的混合物；对混合物过滤、清洗、干燥处理，得到石墨烯纳米带。本发明提供的石墨烯纳米带的制备方法，制备过程简单，通过控制电压大小可控制反应速度及产物质量，利用离子液体做电解液能有效防止石墨烯纳米带剥离后再次团聚，提高制备效率。

Description

一种石墨烯纳米带的制备方法

技术领域

本发明涉及碳纳米材料制备，尤其涉及一种石墨烯纳米带的制备方法。

背景技术

碳材料的种类有零维的富勒烯（C60等），一维的碳纳米管、碳纳米纤维等，二维的石墨烯，三维的石墨、金刚石等，石墨烯纳米带不仅拥有石墨烯的性能，还具备一些特殊的性能，例如其长径比比较大，可高达上千倍，在集成电路方面可代替铜导线，进一步提高集成度，亦可对其结构进行改性制备成开关器件。但目前由于石墨烯纳米带制备过程中尺寸控制困难，产量低，从而限制了其应用。

发明内容

本发明所要解决的问题在于提供一种制备过程简单、产量高的石墨烯纳米带的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种石墨烯纳米带的制备方法，包括如下步骤：

将直径10～120nm的碳纳米管压制成碳纳米壁片作为工作电极，以铅板作为对电极，Hg/Hg₂SO₄作为参比电极，离子液体作为电解液；

将所述工作电极、对电极、参比电极放入盛有所述电解液的电解池并完全浸泡在所述电解液中，对工作电极施加0.1～20V的电压，保持0.1～10小时，然后对所述工作电极施加反向电压-20～-0.1V，保持0.1～10小时，便得到石墨烯纳米带与离子液体的混合物；

所述混合物经过高速离心机分离未剥离的碳纳米管后对混合液过滤，得到的滤渣再经过有机溶剂过滤多次，再分别用乙醇、丙酮、去离子水等清洗、过滤，将收集到的滤渣干燥至恒重，得到所述石墨烯纳米带。

所述石墨烯纳米带的制备方法，优选，所述碳纳米壁片的规格为75*40*7mm³。

所述石墨烯纳米带的制备方法，优选，所述离子液体选用1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸、1-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酰碳、1-乙基-3-甲基咪唑五氟乙酰亚胺、1-乙基-3-甲基咪唑二氰化氮、1-乙基-3,5-二甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺、1,3-二乙基-4-甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺及1,3-二乙基-5-甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺中的至少一种。

所述石墨烯纳米带的制备方法，优选，所述滤渣过滤处理时的有机溶剂为1-甲基-2-吡咯烷酮或N，N-二甲基甲酰胺。

所述石墨烯纳米带的制备方法，优选，所述滤渣干燥处理是在真空干燥箱里60～100℃下进行。

本发明提供的石墨烯纳米带的制备方法，制备过程简单，通过控制电压大小可控制反应速度及产物质量，利用离子液体做电解液能有效防止石墨烯纳米带剥离后再次团聚，提高制备效率；通过选择碳纳米管直径及长度，可以控制石墨烯纳米带的直径分布及长径比，可靠性高；所需的设备都是普通的化工设备，节约研发设备成本，适合大规模生产。

附图说明

图1为实施例1制备的石墨烯纳米带SEM图。

具体实施方式

本发明提供的石墨烯纳米带的制备方法，其制备过程如下：

S1、将10～120nm的碳纳米管压制成75*40*7mm³（约2g）的碳纳米壁片作为工作电极，以铅板作为对电极，Hg/Hg₂SO₄作为参比电极，离子液体作为电解液；

S2、将工作电极、对电极、参比电极等三电极放入盛有所述电解液的电解池并完全浸泡在电解液中，对工作电极施加0.1～20V的电压，保持0.1～10小时，然后施加工作电极反向电压-20～-0.1V，保持0.1～10小时，便得到石墨烯纳米带与离子液体的混合物；

S3、混合物经过高速离心机分离未剥离的碳纳米管后对混合液过滤，得到的滤渣再经过有机溶剂过滤多次，优选3～6次，再分别用乙醇、丙酮、去离子水等清洗、过滤，将收集到的滤渣在真空干燥箱里60～100℃下干燥至恒重可得到石墨烯纳米带。

所述石墨烯纳米带的制备方法，优选，离子液体优选为1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸（EtMeImBF₄）、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺（EtMeImN(CF₃SO₂)₂）、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸（EtMeImCF₃SO₃）、1-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸（EtMeImCF₃CO₂）、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酰碳（EtMeImC(CF₃SO₂)₃）、1-乙基-3-甲基咪唑五氟乙酰亚胺（EtMeIm N(C₂F₅SO₂)₂）、1-乙基-3-甲基咪唑二氰化氮（EtMeImN(CN)₂）、1-乙基-3,5-二甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺（1-Et-3,5-Me₂ImN(CF₃SO₂)₂）、1,3-二乙基-4-甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺（1，3-Et₂-4-MeImN(CF₃SO₂)₂）1,3-二乙基-5-甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺（1，3-Et₂-5-MeImN(CF₃SO₂)₂）中的至少一种。

所述石墨烯纳米带的制备方法，优选，滤渣过滤处理时采用的有机溶剂优选为：1-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）或N，N-二甲基甲酰胺（DMF）；NMP、DMF能有效去除离子液体。

本发明提供的石墨烯纳米带的制备方法，制备过程简单，通过控制电压大小可控制反应速度及产物质量，利用离子液体做电解液能有效防止石墨烯纳米带剥离后再次团聚，提高制备效率。通过选择碳纳米管直径及长度，可以控制石墨烯纳米带的直径分布及长径比，可靠性高。所需的设备都是普通的化工设备，节约研发设备成本，适合大规模生产。

下面结合附图，对本发明的较佳实施例作进一步详细说明。

实施例1

1.将直径为10～20nm的碳纳米管压制成75*40*7mm³（约2g）的石墨片作为工作电极，以铅板作为对电极，Hg/Hg₂SO₄作为参比电极，EtMeImBF₄作为电解液，将三电极放入电解池并完全浸泡在电解液中，对工作电极施加10V的电压，保持0.5小时，然后对工作电极施加反向电压-10V，保持0.5小时，便得到石墨烯纳米带与EtMeImBF₄离子液体的混合物。经过高速离心机分离未剥离的碳纳米管后对混合液过滤，得到的滤渣再经过NMP过滤6次，再分别用乙醇、丙酮、去离子水等清洗、过滤，将收集到的滤渣在真空干燥箱里60℃下干燥至恒重可得到石墨烯纳米带，如图1所示。

实施例2~11，采用下列表格1形式，其制备工艺步骤与实施例1相同，而相应的工艺参数和工艺条件则详见下表1中。

表1

应当理解的是，上述针对本发明较佳实施例的表述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本发明的专利保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种石墨烯纳米带的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将直径10～120nm的碳纳米管压制成碳纳米壁片作为工作电极，以铅板作为对电极，Hg/Hg₂SO₄作为参比电极，离子液体作为电解液；

将所述工作电极、对电极、参比电极放入盛有所述电解液的电解池并完全浸泡在所述电解液中，对工作电极施加0.1～20V的电压，保持0.1～10小时，然后对所述工作电极施加反向电压-20～-0.1V，保持0.1～10小时，便得到石墨烯纳米带与离子液体的混合物；

所述混合物经过高速离心机分离未剥离的碳纳米管后对混合液过滤，得到的滤渣再经过有机溶剂过滤多次，再分别用乙醇、丙酮、去离子水等清洗、过滤，将收集到的滤渣干燥至恒重，得到所述石墨烯纳米带。

2.根据权利要求1所述的石墨烯纳米带的制备方法，其特征在于，所述碳纳米壁片的规格为75*40*7mm³。

3.根据权利要求1所述的石墨烯纳米带的制备方法，其特征在于，所述离子液体选用1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸、1-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酰碳、1-乙基-3-甲基咪唑五氟乙酰亚胺、1-乙基-3-甲基咪唑二氰化氮、1-乙基-3,5-二甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺、1,3-二乙基-4-甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺及1,3-二乙基-5-甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的石墨烯纳米带的制备方法，其特征在于，所述滤渣过滤处理时的有机溶剂为1-甲基-2-吡咯烷酮或N，N-二甲基甲酰胺。

5.根据权利要求1所述的石墨烯纳米带的制备方法，其特征在于，所述滤渣干燥处理是在真空干燥箱里60～100℃下进行。

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