CN104058399B - 一种高纯度高质量石墨烯的直接制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高纯度高质量石墨烯的直接制备方法，属于化学合成技术领域。本发明方法以碱金属或碱土金属和多卤代烃为原料，通过在惰性环境下的多卤代烃本体或良性溶剂中进行金属偶联反应直接制得石墨烯，再利用醇、水或酸与剩余活泼碱金属或碱土金属反应制得高质量石墨烯；而后经过有机溶剂洗涤、酸洗、水洗、过滤、干燥等处理程序后制得高纯度石墨烯。本发明方法具有设备简单，操作容易，成本低廉，副产物少、高产率及高纯度等优点，本发明制得的石墨烯作为化学反应原料，导电材料制备、催化剂载体，电池电极材料，物理学，微电子学方面具有广泛应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及石墨烯制备方法，属于石墨烯化学合成技术领域。
背景技术
石墨烯(Graphene)是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3％的光；导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-6Ω·cm，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。因其电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。石墨烯(Graphene)是近年来广泛研究的一种新型碳材料。
石墨烯的应用范围广阔。根据石墨烯超薄，强度超大的特性，石墨烯可被广泛应用于各领域，比如超轻防弹衣，超薄超轻型飞机材料等。根据其优异的导电性，使它在微电子领域也具有巨大的应用潜力。石墨烯有可能会成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机，碳元素更高的电子迁移率可以使未来的计算机获得更高的速度。另外石墨烯材料还是一种优良的改性剂，在新能源领域如超级电容器、锂离子电池方面，由于其高传导性、高比表面积，可适用于作为电极材料助剂。
石墨烯是迄今为止世界上强度最大的材料，据测算如果用石墨烯制成厚度相当于普通食品塑料包装袋厚度的薄膜(厚度约100万纳米)，那么它将能承受大约两吨重物品的压力，而不至于断裂；第二：石墨烯是世界上导电性最好的材料。
石墨烯的应用范围广阔。根据石墨烯超薄，强度超大的特性，石墨烯可被广泛应用于各领域，比如超轻防弹衣，超薄超轻型飞机材料等。根据其优异的导电性，使它在微电子领域也具有巨大的应用潜力。石墨烯有可能会成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机，碳元素更高的电子迁移率可以使未来的计算机获得更高的速度。另外石墨烯材料还是一种优良的改性剂，在新能源领域如超级电容器、锂离子电池方面，由于其高传导性、高比表面积，可适用于作为电极材料助剂。
石墨烯的研究热潮也吸引了国内外材料制备研究的兴趣，石墨烯材料的制备方法已报道的有：机械剥离法、化学氧化法、晶体外延生长法、化学气相沉积法、有机合成法和碳纳米管剥离法等。
微机械剥离法
2004年，Geim等首次用微机械剥离法，成功地从高定向热裂解石墨上剥离并观测到单层石墨烯。Geim研究组利用这一方法成功制备了准二维石墨烯并观测到其形貌，揭示了石墨烯二维晶体结构存在的原因。微机械剥离法可以制备出高质量石墨烯，但存在产率低和成本高的不足，不满足工业化和规模化生产要求，只能作为实验室小规模制备。
化学气相沉积法
化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition，CVD)首次在规模化制备石墨烯的问题方面有了新的突破(参考化学气相沉积法制备高质量石墨烯)。CVD法是指反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术，麻省理工学院的Kong等、韩国成均馆大学的Hong等和普渡大学的Chen等在利用CVD法制备石墨烯。他们使用的是一种以镍为基片的管状简易沉积炉，通入含碳气体，如：碳氢化合物，它在高温下分解成碳原子沉积在镍的表面,形成石墨烯，通过轻微的化学刻蚀，使石墨烯薄膜和镍片分离得到石墨烯薄膜。这种薄膜在透光率为80％时电导率即可达到1.1×106S/m，成为透明导电薄膜的潜在替代品。用CVD法可以制备出高质量大面积的石墨烯，但是理想的基片材料单晶镍的价格太昂贵，这可能是影响石墨烯工业化生产的重要因素。CVD法可以满足规模化制备高质量石墨烯的要求，但成本较高，工艺复杂。
氧化还原法
氧化-还原法制备成本低廉且容易实现，成为制备石墨烯的最佳方法，而且可以制备稳定的石墨烯悬浮液，解决了石墨烯不易分散的问题。氧化-还原法是指将天然石墨与强酸和强氧化性物质反应生成氧化石墨(GO)，经过超声分散制备成氧化石墨烯(单层氧化石墨)，加入还原剂去除氧化石墨表面的含氧基团，如羧基、环氧基和羟基，得到石墨烯。氧化-还原法被提出后，以其简单易行的工艺成为实验室制备石墨烯的最简便的方法，得到广大石墨烯研究者的青睐。Ruoff等发现通过加入化学物质例如二甲肼、对苯二酚、硼氢化钠(NaBH4)和液肼等除去氧化石墨烯的含氧基团，就能得到石墨烯。氧化-还原法可以制备稳定的石墨烯悬浮液，解决了石墨烯难以分散在溶剂中的问题。氧化-还原法的缺点是宏量制备容易带来废液污染和制备的石墨烯存在一定的缺陷，例如，五元环、七元环等拓扑缺陷或存在-OH基团的结构缺陷，这些将导致石墨烯部分电学性能的损失，使石墨烯的应用受到限制。
溶剂剥离法
溶剂剥离法的原理是将少量的石墨分散于溶剂中，形成低浓度的分散液，利用超声波的作用破坏石墨层间的范德华力，此时溶剂可以***石墨层间，进行层层剥离，制备出石墨烯。此方法不会像氧化-还原法那样破坏石墨烯的结构，可以制备高质量的石墨烯。在氮甲基吡咯烷酮中石墨烯的产率最高(大约为8％)，电导率为6500S/m。研究发现高定向热裂解石墨、热膨胀石墨和微晶人造石墨适合用于溶剂剥离法制备石墨烯。溶剂剥离法可以制备高质量的石墨烯，整个液相剥离的过程没有在石墨烯的表面引入任何缺陷，为其在微电子学、多功能复合材料等领域的应用提供了广阔的应用前景。缺点是产率很低。
溶剂热法
溶剂热法是指在特制的密闭反应器(高压釜)中，采用有机溶剂作为反应介质，通过将反应体系加热至临界温度(或接近临界温度)，在反应体系中自身产生高压而进行材料制备的一种有效方法。溶剂热法解决了规模化制备石墨烯的问题，同时也带来了电导率很低的负面影响。为解决由此带来的不足，研究者将溶剂热法和氧化还原法相结合制备出了高质量的石墨烯。Dai等发现溶剂热条件下还原氧化石墨烯制备的石墨烯薄膜电阻小于传统条件下制备石墨烯。溶剂热法因高温高压封闭体系下可制备高质量石墨烯的特点越来越受科学家的关注。
其它方法
石墨烯的制备方法还有高温还原、光照还原、外延晶体生长法、微波法、电弧法、电化学法等。目前，石墨烯的生产方法主要有机械剥离法和热膨胀石墨法。其中，机械剥离法是将昂贵的高度定向热解石墨用胶布反复粘结和剥离，最后转移到基底材料表面上。这个方法效率低、产量小、成本高，只能限于实验室生产。而热膨胀石墨方法步骤复杂，且对石墨烯结构破环大。本文在以上各种方法基础上提出多卤代烃经活泼金属偶联反应结合氧化还原法制备高质量石墨烯的方法，该方法原料丰富、绿色环保，并可以实现规模化生产的新方法。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的问题，提供一种方法简单，工艺环保、成本低廉、能够规模化制备高质量石墨烯的方法。
本发明公开了一种高纯度高质量石墨烯的直接制备方法，属于化学合成技术领域。本发明方法以碱金属或碱土金属和多卤代烃为原料，通过在惰性环境下的多卤代烃本体或良性溶剂中进行金属偶联反应，金属和多卤代烃的摩尔比优选在0.5-30之间；在0-300℃下反应0.1-72小时后制得石墨烯粗品，而后利用水、醇或酸去除剩余碱金属或碱土金属，制备高质量石墨烯，再经过有机溶剂洗涤、酸洗、水洗、过滤、干燥后制得高纯度高质量石墨烯。本发明方法具有方法简单，操作容易，成本低廉，副产物少、高产率及高纯度等优点，本发明的石墨烯作为化学反应原料，导电材料制备、催化剂载体，电池电极材料，物理学，微电子学方面具有广泛应用前景。
本发明所述的一种高纯度高质量石墨烯的直接制备方法，特征在于以活泼碱金属或碱土金属和多卤代烃为原料，通过卤代烃的金属偶联反应直接制备高纯度高质量石墨烯，包括以下步骤：
(1)在惰性气体保护下，将活泼碱金属或碱土金属分散在多卤代烃本体或其良性溶剂中进行偶联反应，或将多卤代烃本体或其溶液滴加或补加入活泼碱金属或碱土金属反应体系中，在0-300℃下的密闭容器中进行偶联反应0.1-72小时后，制得石墨烯粗品的悬浮液；
(2)在上述悬浮液中加入醇、水或酸与剩余活泼碱金属或碱土金属反应制得高质量石墨烯；
(3)将该混合物过滤后，再进行多次有机溶剂洗涤、酸洗、水洗、过滤后干燥，除去悬浮溶液中石墨烯粗品的溶剂和副产物，制得高纯度石墨烯。
如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述多卤代烃为多卤代芳香烃、多卤代稠环烃或其混合物，其特征结构式如图1所示结构中，X基团为F、Cl、Br、I原子、三卤代乙烯基或者五卤代苯基，X基团为同种或不同种卤素原子或基团，所述多卤代烃为：四溴(氟、氯或碘)乙烯、六溴(氟、氯或碘)代-1,3-丁二烯；六溴(氟、氯或碘)苯、三氯三溴(氟或碘)苯；八氯(氟、溴或碘)萘、四氯四溴(氟或碘)萘；十氯(氟、溴或碘)蒽(菲)、六溴(碘)四氯蒽(菲)、六氯四溴蒽(菲)；如十氯(氟、溴、碘)芘、六溴四氯芘、四溴六氯芘；全氯(氟、溴、碘)代联苯、全氯(溴、碘)代三联苯、多氯(溴、碘)代苯并蒽(芘)等，最优选为四溴(氯)乙烯、六溴(氯或氟)苯、八溴(氯或氟)萘、十溴(氯或氟)蒽(菲)、十溴(氯或氟)芘、全氯(溴)代联苯中的一种或多种混合物。
如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱金属或碱土金属选自活泼金属锂、钠、钾、镁、钙、锶、钡、镧中的一种或几种的组合，最优选为锂、钠、钾、镁中的一种或几种组合。
如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述多卤代烃溶剂选自与原料碱金属或碱土金属及多卤代烃不发生反应的溶剂，为C5-C20烷烃、C1-C16醚类(简单醚或混合醚)、C1-C5烷基取代芳香烃类或缩醛类溶剂等，具体为石蜡油、(甲基、乙基)四氢呋喃、二氧六环、乙(丙、丁、戊、己)醚、甲乙(丙、丁、戊、己)醚、乙丙(丁、戊、己)醚、丙(丁、戊、己)醚、(三缩、二缩、一缩)乙(丙、丁)二醇二甲(乙、丙、丁、苯)醚、苯甲(乙、丙、丁)醚、二苯醚、二甲(乙、丙、丁)苯醚、苄基醚、甘油醚、二十烷、甲(乙、丙、丁)苯、二甲(乙、丙、丁)苯、三甲(乙、丙、丁)苯、联苯、二甲基联苯中的一种或几种的混合物。
如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱金属或碱土金属和多卤代烃之间的摩尔比在0.1-100的范围内，最优选为0.5-30范围。
如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述多卤代烃本体或其溶液与活泼金属直接混合反应或随着反应的进行滴加或补加多卤代烃本体或其溶液到活泼金属反应液中，或在多卤代烃本体或溶液中加入或补充活泼金属进行偶联反应。
如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所用还原或消除残余碱金属或碱土金属的醇、水或酸为选自甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、乙二醇、丙二醇、甘油、水、盐酸、氢溴酸、氢碘酸、氢氟酸、硫酸、磷酸、硝酸、草酸、甲酸、乙酸中的一种或多种组合物与剩余碱金属或碱土金属反应制得高质量石墨烯。
如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所用有机溶剂洗涤、酸洗、水洗后再过滤和干燥，所用溶剂为石油醚、丙酮、***、乙醇、甲醇、DMAc或DMF中的一种或多种的洗涤剂洗除残余的反应溶剂，洗涤酸为盐酸、氢溴酸、氢碘酸、氢氟酸、硫酸、磷酸、硝酸、草酸、甲酸、乙酸中的一种或多种组合溶液，通过去离子水洗除残余的盐，烘干保存，制得高纯度石墨烯。
如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述反应在0℃到300℃的范围内的温度下进行，最优选为30℃-180℃；但如果用金属钠偶联四氯乙烯、六氯苯、溴苯或四溴乙烯时，反应温度限定为120℃以下，即不包括120-400℃范围内的金属钠偶联反应。
如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述反应压力范围为0.1-5Mpa,可以在常压或加压反应条件下进行，与反应原料金属及多卤代烃的活性相对应，但当多卤代烃为六氯苯时限定为常压反应。
本发明的石墨烯的制备方法具有以下优点：
1.该反应可在常压低温条件下进行，设备简单，操作容易，工艺步骤少，易于进行大规模工业化生产；
2.原料成本低廉，副产物少，溶剂可以循环利用的原子经济型的绿色环保合成方法；
3.反应产率较高，甚至可以达到100％，产品质量高，导电性强；
基于上述优点，本发明的石墨烯作为化学反应原料，导电膜制备、催化剂载体，电池电极材料，物理学，微电子学方面具有广泛应用前景。
说明书附图说明：
图1合成石墨烯的多卤代烃单元结构；
图2石墨烯的扫描电子显微镜照片；
图3石墨烯的EDS能谱数据；
图4石墨烯的XRD谱数据；
图5石墨烯BET比表面测试(ASAP2010)。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法，但如需重复本实施例需特别注意爆燃和***危险，普通研究生或技术员工请勿擅自试验，需合成经验丰富的研究人员谨慎实施试验。
本实施例制备石墨烯的具体方法包括以下步骤。
实施例1、石墨烯的合成
在干净干燥的反应釜中，加入100mL甲苯，金属钠3.0g，六溴苯6.0克，在氩气保护条件下回流反应8小时后，停止加热，冷却到室温得到黑色石墨烯悬浮液，而后加入30毫升无水乙醇，搅拌反应2小时后，减压抽滤得到的石墨烯粗产品，再用丙酮清洗3遍、水洗3遍、10％盐酸洗2遍，再用水多次洗涤至中性，真空干燥得到石墨烯纯品。
实施例2、石墨烯的合成
在干净干燥的反应釜中，加入10mL二甲苯、50mL四氢呋喃，金属钠3.0g，六溴苯6.0克，回流反应10小时后，停止加热，冷却到室温得到黑色石墨烯悬浮液，而后加入30毫升无水甲醇，搅拌反应2小时后，减压抽滤得到的石墨烯粗产品，再用丙酮清洗3遍、水洗3遍、10％硫酸洗2遍，再用水多次洗涤至中性，真空干燥得到石墨烯纯品。
实施例3、石墨烯的合成
在干净干燥的反应釜中，加入100mL二苯醚，金属钠3.0g，六溴苯5.0克，在110℃反应8小时后，停止加热，冷却到室温得到黑色石墨烯悬浮液，而后加入30毫升无水乙醇，搅拌反应2小时后，减压抽滤得到的石墨烯粗产品，再用丙酮清洗3遍、水洗3遍、10％盐酸洗2遍，再用水多次洗涤至中性，真空干燥得到石墨烯纯品。
实施例4、石墨烯的合成
在干净干燥的反应釜中，加入100mL四氢呋喃，金属钾3.0g，六溴苯4.0克，回流反应10小时后，停止加热，冷却到室温得到黑色石墨烯悬浮液，而后加入25毫升甲醇，搅拌反应2小时后，减压抽滤得到的石墨烯粗产品，再用丙酮清洗3遍、水洗3遍、10％盐酸洗2遍，再用水多次洗涤至中性，真空干燥得到石墨烯纯品。
实施例5、石墨烯的合成
在干净干燥的反应釜中，加入100mL四氢呋喃，金属钾3.0g，十溴蒽4.0克，回流反应10小时后，停止加热，冷却到室温得到黑色石墨烯悬浮液，而后加入50毫升乙醇，搅拌反应2小时后，减压抽滤得到石墨烯粗产品，再用***清洗3遍、水洗3遍、10％盐酸洗2遍，再用水多次洗涤至中性，真空干燥得到石墨烯纯品。
实施例6、石墨烯的合成
在干净干燥的反应釜中，加入100mL二甲苯，金属钾5.0g，2.0g四溴乙烯、2.0g六溴苯、十溴芘4.0克，回流反应10小时后，停止加热，冷却到室温得到黑色石墨烯悬浮液，而后加入30毫升无水甲醇，搅拌反应2小时后，减压抽滤得到石墨烯粗产品，再用***清洗3遍、水洗3遍、10％盐酸洗2遍，再用水多次洗涤至中性，真空干燥得到石墨烯纯品。
实施例7、石墨烯的合成
在干净干燥的反应釜中，加入100mL三甲苯，金属钠6.0g，六溴苯5.0克，六氯苯2.0克，十溴蒽4.0克，回流反应10小时后，停止加热，冷却到室温得到黑色石墨烯悬浮液，而后加入30毫升无水乙醇，搅拌反应2小时后，减压抽滤得到石墨烯粗产品，再用***清洗3遍、水洗3遍、10％盐酸洗2遍，再用水多次洗涤至中性，真空干燥得到石墨烯纯品。
实施例8、石墨烯的合成
在干净干燥的反应釜中，加入100mL二苯醚，金属锂3.0g，六溴苯5.0克、十溴菲4.0克，回流反应10小时后，停止加热，冷却到室温得到黑色石墨烯悬浮液，而后加入30毫升无水乙醇，搅拌反应2小时后，减压抽滤得到石墨烯粗产品，再用***清洗3遍、水洗3遍、10％盐酸洗2遍，再用水多次洗涤至中性，真空干燥得到石墨烯纯品。
实施例9、石墨烯的合成
在干净干燥的反应釜中，加入100mL四氢呋喃，金属钾7.0g，六溴苯5.0克、十溴芘4.0克，回流反应10小时后，停止加热，冷却到室温得到黑色石墨烯悬浮液，而后加入30毫升无水乙醇，搅拌反应2小时后，减压抽滤得到的石墨烯粗产品，再用***清洗3遍、水洗3遍、10％盐酸洗2遍，再用水多次洗涤至中性，真空干燥得到石墨烯纯品。
实施例10、石墨烯的合成
在干净干燥的反应釜中，加入100mL二氧六环，金属镁6.0g，六溴苯6.0克、十溴蒽4.0克，十溴芘2.0克、回流反应10小时后，停止加热，冷却到室温得到黑色石墨烯悬浮液，而后加入30毫升无水乙醇，搅拌反应2小时后，减压抽滤得到的石墨烯粗产品，再用***清洗3遍、水洗3遍、10％盐酸洗2遍，再用水多次洗涤至中性，真空干燥得到石墨烯纯品。
实施例11、石墨烯的合成
在干净干燥的反应釜中，加入100mL二缩乙二醇二甲醚，四溴乙烯4.0g，金属钾6.0g，六溴苯6.0克、十溴蒽4.0克，十溴芘2.0克、回流反应10小时后，停止加热，冷却到室温得到黑色石墨烯悬浮液，而后加入30毫升无水乙醇，搅拌反应2小时后，减压抽滤得到的石墨烯粗产品，再用***清洗3遍、水洗3遍、10％盐酸洗2遍，再用水多次洗涤至中性，真空干燥得到石墨烯纯品。
实施例12、石墨烯的合成
在干净干燥的反应釜中，加入100mL二苯醚、四氯乙烯2.0g，金属钾6.0g，六碘苯6.0克、十溴蒽3.0克，十溴芘1.0克、回流反应10小时后，停止加热，冷却到室温得到黑色石墨烯悬浮液，而后加入30毫升无水乙醇，搅拌反应2小时后，减压抽滤得到的石墨烯粗产品，再用***清洗3遍、水洗3遍、10％盐酸洗2遍，再用水多次洗涤至中性，真空干燥得到石墨烯纯品。
实施例13、石墨烯的合成
在干净干燥的反应釜中，加入100mL二苯醚、四氯乙烯2.0g，金属钾6.0g，六溴苯6.0克、十溴蒽3.0克，十溴联苯1.0克、回流反应10小时后，停止加热，冷却到室温得到黑色石墨烯悬浮液，而后加入30毫升无水乙醇，搅拌反应2小时后，减压抽滤得到的石墨烯粗产品，再用***清洗3遍、水洗3遍、10％盐酸洗2遍，再用水多次洗涤至中性，真空干燥得到石墨烯纯品。
实施例14、石墨烯的合成
在干净干燥的反应釜中，加入100mL二苯醚、金属钾8.0g，四氯化碳2.0g,四氯乙烯2.0g，六碘苯6.0克、十溴蒽3.0克，全溴代三联苯1.0克、回流反应10小时后，停止加热，冷却到室温得到黑色石墨烯悬浮液，而后加入30毫升无水乙醇，搅拌反应2小时后，减压抽滤得到的石墨烯粗产品，再用***清洗3遍、水洗3遍、10％盐酸洗2遍，再用水多次洗涤至中性，真空干燥得到石墨烯纯品。
用下述方法对实施例1所制备的石墨烯晶粒进行检测。
1.石墨烯晶粒扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪表征检测
对实施例1制备的石墨烯晶粒进行扫描电子显微镜(SEM)表征检测，方法为：取少量石墨烯黑色粉末，在无水乙醇中超声分散，然后取1-2滴滴到样品台上晾干喷金，然后扫描电子显微镜观察所制备的石墨烯晶粒结构，如图2所示，同时测试了其EDAX数据，如图3所示：图2的石墨烯晶粒的扫描电子显微镜照片中可以看出，用本发明方法制备的石墨烯晶粒结构，尺寸可达微米级以下；图3为其能谱数据，可以看出该石墨烯晶粒主要由元素C和残余卤素组成，碳原子含量为90.26％，残卤原子含量为3.97％。
2.石墨烯晶粒XRD表征检测
对实施例1制备的石墨烯进行石墨烯晶粒XRD表征检测，如图4所示，从石墨烯晶粒的XRD图谱中可以看出2θ在15-35之间的石墨烯的特征吸收峰。
3.BET比表面测试
釆用N2做为吸附气体,对实施例1制备的石墨烯晶粒进行BET比表面测试(ASAP2010)。如图5所示，制得的石墨烯晶粒的BET比表面为1.37m2/g，总孔容为0.013mL/g，平均孔径为32.9nm。
Claims (5)
1.一种高纯度高质量石墨烯的直接制备方法，其特征在于，以活泼碱金属或碱土金属和多卤代烃为原料，通过卤代烃的金属偶联反应直接制备高纯度高质量石墨烯，包括以下步骤：
(1)在惰性气体保护下，将活泼碱金属或碱土金属分散在多卤代烃良性溶剂中进行偶联反应，在0-300℃下的密闭容器中进行偶联反应0.1-72小时后，制得石墨烯粗品的悬浮液；在常压回流反应条件下进行；
(2)在上述悬浮液中加入醇、水或酸与剩余活泼碱金属或碱土金属反应制得高质量石墨烯；
(3)将该混合物过滤后，再进行多次有机溶剂洗涤、酸洗、水洗、过滤后干燥，除去悬浮溶液中石墨烯粗品的溶剂和副产物，制得高纯度石墨烯；
所述多卤代烃为：四溴（氟、氯或碘）乙烯、六溴（氟、氯或碘）代-1,3-丁二烯；六溴（氟、氯或碘）苯、三氯三溴（氟或碘）苯；八氯（氟、溴或碘）萘、四氯四溴（氟或碘）萘；十氯（氟、溴或碘）蒽（菲）、六溴（碘）四氯蒽（菲）、六氯四溴蒽（菲）；十氯（氟、溴、碘）芘、六溴四氯芘、四溴六氯芘；全氯（氟、溴、碘）代联苯、全氯（溴、碘）代三联苯、多氯（溴、碘）代苯并蒽（芘）；
所述良性溶剂选自与原料碱金属或碱土金属及多卤代烃不发生反应的溶剂，为（甲基、乙基）四氢呋喃、二氧六环、（三缩、二缩、一缩）乙（丙、丁）二醇二甲（乙、丙、丁、苯）醚、二苯醚、二甲（乙、丙、丁）苯醚、苄基醚中的一种或几种的混合物。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱金属或碱土金属选自活泼金属锂、钠、钾、镁、钙、锶、钡中的一种或几种的组合。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所用还原或消除残余碱金属或碱土金属的醇、水或酸为选自甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、乙二醇、丙二醇、甘油、水、盐酸、氢溴酸、氢碘酸、氢氟酸、硫酸、磷酸、硝酸、草酸、甲酸、乙酸中的一种或多种组合物。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所用有机溶剂为石油醚、丙酮、***、乙醇、甲醇、DMAc或DMF中的一种或多种，用于洗除残余的反应溶剂，酸洗所用洗涤酸为盐酸、氢溴酸、氢碘酸、氢氟酸、硫酸、磷酸、硝酸、草酸、甲酸、乙酸中的一种或多种组合溶液，水洗是通过去离子水洗除残余的盐。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述偶联反应温度为30-180℃。
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