CN103950927B - 一种石墨烯的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石墨烯的制备方法，是通过以下步骤制得：1)制备可膨胀石墨：取鳞片石墨，加入浓硝酸和高锰酸钾形成混酸溶液，加入磷酸，85～95℃下反应1h，洗涤至pH＝4.5～5.5，100℃以下干燥，550～900℃膨化30s～2min；2)将1)所得可膨胀石墨冷却降温至常温状态后，加入至碳酸氢钠溶液中，于100～270℃条件下搅拌10min～3h；3)将3)产物真空干燥12h～24h后得到石墨烯。本发明提供的石墨烯的制备方法使生成石墨烯过程温度大大降低，且有益于保持石墨烯的性能。
Description
技术领域
本发明涉及石墨烯技术领域，特别涉及一种石墨烯的制备方法。
背景技术
石墨烯被认为是富勒烯、碳纳米管和石墨的基本结构单元，石墨烯中碳原子以SP2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的结构，石墨烯为仅具有单层原子厚度的导电性平面薄膜。现阶段石墨烯量化生产方法还在研究阶段，传统的机械剥离法、晶体外延生长法等不适宜石墨烯的大量生产，而化学气相沉积法需要的设备昂贵，前期投入的成本较高。
液相或气象直接剥离法(热膨胀法)则采用酸进行插层反应得到膨胀率较低的石墨鳞片，即可膨胀石墨。将这种可膨胀石墨放入微波或高温炉中加热，得到纳米石墨片。这种方法因以廉价的石墨或膨胀石墨为原料，制备过程不涉及化学变化，故而具有成本低、操作简单、产品质量高等优点，但这种方法存在单层石墨烯产率不高、片层团聚严重，需进一步脱去稳定剂等缺陷。
基于以上所述，一种改进的石墨烯的制备方法的开发将很有必要性。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种改进的石墨烯的制备方法，通过将可膨胀石墨悬浮于碳酸氢钠溶液中，通过碳酸氢钠溶液分解生成的二氧化碳产生的剥离力，使得可膨胀石墨剥离成单层结构，制得石墨烯。
本发明公开的石墨烯的制备方法，是通过以下步骤制得：
1)制备可膨胀石墨：取鳞片石墨，加入浓硝酸和高锰酸钾形成混酸溶液，加入磷酸，85～95℃下反应1h，洗涤至pH＝4.5～5.5，100℃以下干燥，550～900℃膨化30s～2min；
2)将1)所得可膨胀石墨冷却降温至常温状态后，加入至碳酸氢钠溶液中，于100～270℃条件下搅拌10min～3h；
3)将3)产物真空干燥12h～24h后得到石墨烯。
优选的是，所述的石墨烯的制备方法，其中，所述鳞片石墨(g)：硝酸(mL)：高锰酸钾(g)：磷酸(mL)为1∶2∶0.04∶0.2。
优选的是，所述的石墨烯的制备方法，其中，所述鳞片石墨(g)：硝酸(mL)：高锰酸钾(g)：磷酸(mL)为1∶3∶0.05∶0.5。
优选的是，所述的石墨烯的制备方法，其中，步骤2)搅拌速度为100～300转/min。
优选的是，所述的石墨烯的制备方法，其中，步骤2)碳酸氢钠溶液浓度为5～25g/mL。
优选的是，所述的石墨烯的制备方法，其中，步骤3)真空干燥的温度范围为60℃～100℃。
本发明提供的石墨烯的制备方法的有益效果：通过碳酸氢钠热分解生成的二氧化碳在可膨胀石墨片层间产生的剥离力，使生成石墨烯过程温度大大降低，而碳酸氢钠热分解释放二氧化碳后，溶液呈弱碱性，通过石墨烯片层间静电排斥性，可使石墨烯稳定存在于水溶液中，有益于保持石墨烯的性能。
具体实施方式
下面对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
实施例1
本实施例提供一种石墨烯的制备方法，是通过以下步骤制得：
1)制备可膨胀石墨：取鳞片石墨，加入浓硝酸和高锰酸钾形成混酸溶液，加入磷酸，所述鳞片石墨(g)：硝酸(mL)：高锰酸钾(g)：磷酸(mL)为1∶2∶0.04∶0.2，85℃下反应1h，洗涤至pH＝4.5，85℃干燥，550℃膨化2min；
2)将1)所得可膨胀石墨冷却降温至常温状态后，加入至碳酸氢钠溶液中，碳酸氢钠溶液浓度为10g/mL，于270℃条件下搅拌10min，搅拌速度为300转/min；
3)将3)产物真空干燥12h～24h后得到石墨烯。真空干燥的温度范围为60℃。
制得的石墨烯的片层厚度为9.5nm；所述石墨烯的比表面为1100m2/g。
实施例2
本实施例提供一种石墨烯的制备方法，是通过以下步骤制得：
1)制备可膨胀石墨：取鳞片石墨，加入浓硝酸和高锰酸钾形成混酸溶液，加入磷酸，所述鳞片石墨(g)：硝酸(mL)：高锰酸钾(g)：磷酸(mL)为1∶3∶0.05∶0.5，95℃下反应1h，洗涤至pH＝5.5，100℃干燥，900℃膨化30s；
2)将1)所得可膨胀石墨冷却降温至常温状态后，加入至碳酸氢钠溶液中，碳酸氢钠溶液浓度为25g/mL，于100℃条件下搅拌3h，搅拌速度为100转/min；
3)将3)产物真空干燥12h后得到石墨烯。真空干燥的温度范围为60℃。
制得的石墨烯的片层厚度为2.4nm；所述石墨烯的比表面为600m2/g。
实施例3
本实施例提供一种石墨烯的制备方法，是通过以下步骤制得：
1)制备可膨胀石墨：取鳞片石墨，加入浓硝酸和高锰酸钾形成混酸溶液，加入磷酸，所述鳞片石墨(g)：硝酸(mL)：高锰酸钾(g)：磷酸(mL)为1∶2∶0.04∶0.2，85～95℃下反应1h，洗涤至pH＝5，80℃干燥，700℃膨化1min；
2)将1)所得可膨胀石墨冷却降温至常温状态后，加入至碳酸氢钠溶液中，碳酸氢钠溶液浓度为5g/mL，于170℃条件下搅拌1h，搅拌速度为200转/min；
3)将3)产物真空干燥14h后得到石墨烯。真空干燥的温度范围为80℃。
制得的石墨烯的片层厚度为11.5nm；所述石墨烯的比表面为1500m2/g。
实施例4
本实施例提供一种石墨烯的制备方法，是通过以下步骤制得：
1)制备可膨胀石墨：取鳞片石墨，加入浓硝酸和高锰酸钾形成混酸溶液，加入磷酸，所述鳞片石墨(g)：硝酸(mL)：高锰酸钾(g)：磷酸(mL)为1∶3∶0.05∶0.5，90℃下反应1h，洗涤至pH＝5.2，100℃以下干燥，800℃膨化1.5min；
2)将1)所得可膨胀石墨冷却降温至常温状态后，加入至碳酸氢钠溶液中，碳酸氢钠溶液浓度为15g/mL，于190℃条件下搅拌1.5h，搅拌速度为150转/min；
3)将3)产物真空干燥18h后得到石墨烯。真空干燥的温度范围为80℃。
制得的石墨烯的片层厚度为8nm；所述石墨烯的比表面为900m2/g。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。
Claims (1)
1.一种石墨烯的制备方法，其特征在于，是通过以下步骤制得：
1)制备可膨胀石墨：取鳞片石墨，加入浓硝酸和高锰酸钾形成混酸溶液，加入磷酸，85～95℃下反应1h，洗涤至pH＝4.5～5.5,100℃以下干燥，550～900℃膨化30s～2min其中，所述鳞片石墨g：硝酸mL:高锰酸钾g：磷酸mL为1:2:0.04:0.2或1:3:0.05:0.5；
2)将1)所得可膨胀石墨冷却降温至常温状态后，加入至浓度为0.5～10g/mL的碳酸氢钠溶液中，于100～270℃条件下搅拌10min～3h，搅拌速度为100～300转/min；
3)将2)产物于60℃～100℃真空干燥12h～24h后得到石墨烯。
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