CN106219525A - 一种膨胀石墨纸的制备方法 - Google Patents

一种膨胀石墨纸的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106219525A
CN106219525A CN201610556422.6A CN201610556422A CN106219525A CN 106219525 A CN106219525 A CN 106219525A CN 201610556422 A CN201610556422 A CN 201610556422A CN 106219525 A CN106219525 A CN 106219525A
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphite paper
liquid
preparation
expanded graphite
graphene
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610556422.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106219525B (zh
Inventor
潘春旭
龚佑宁
胡艳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan University WHU
Original Assignee
Wuhan University WHU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan University WHU filed Critical Wuhan University WHU
Priority to CN201610556422.6A priority Critical patent/CN106219525B/zh
Publication of CN106219525A publication Critical patent/CN106219525A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106219525B publication Critical patent/CN106219525B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM

Abstract

本发明属于石墨烯制备技术领域，涉及一种膨胀石墨纸的制备方法。1）将石墨纸浸入低温液体中，保持30秒 ~5分钟以后，将其取出；2）再迅速浸入到高温液体中，利用急剧的气体析出和液体的固化作用使石墨纸中的片层发生快速膨胀；3）待膨胀过程结束后，将膨胀石墨纸取出，再水洗、干燥得到可用于电化学剥离的膨胀石墨纸。扫描电镜（SEM）观察发现，处理后的膨胀石墨纸形貌发生了明显改变，表面出现褶皱，边缘结构被破坏，为后续在电化学剥离过程中电解液向石墨纸内的浸润提供了有利条件。石墨烯产率达80%以上，为石墨烯的大批量产业化生产提供了可能。

Description

一种膨胀石墨纸的制备方法
技术领域
本发明属于石墨烯制备技术领域，具体涉及一种膨胀石墨纸的制备方法。
背景技术
2004年，英国曼彻斯特大学的Andre Geim教授和他的同事们通过机械剥离高定向热解石墨（HOPG）的方法首次制备得到了石墨烯。该发现推翻了完美二维晶体不可能在非绝对零度下稳定存在的论断，具有里程碑式的意义。此后，石墨烯优异的力学性质、热学性质、电学性质和光学性质等也很快被发现。石墨烯具有超大的理论比表面积和上述独特的物化性能，使其成为国际自然科学的研究热点之一。
迄今为止，多种石墨烯的制备方法被相继报道出来，较为常见的方法有：机械剥离法、外延生长法、化学气相沉积法（CVD）、氧化还原法，以及液相剥离法等。其中，通过机械剥离或外延生长得到的石墨烯具有较高的晶体质量，但是产率十分有限；CVD法具有成膜质量高、面积大等特点，但合成温度高、基底要求苛刻、需要后续转移等缺点限制了该方法的进一步应用。基于Hummers、Brodie和Staudenmaier法的氧化还原法是目前普遍采用的一种可实现大量制备的方法，但强酸和强氧化剂的引入会破坏石墨烯的本征结构，导致产物缺陷增多，性能大幅降低。
近来，电化学剥离法因其简单、快速、无强酸和氧化剂、以及环保和能够大量制备等优势引起了极大地关注。该方法的原理是将高纯石墨纸作为阳极，在弱酸弱碱环境中对其进行电化学剥离得到石墨烯。但是由于普通商用石墨纸在制作过程中需要经过轧制，导致其结构非常致密，如果直接使用，其电化学剥离的效率很低，石墨烯的产率不到20%。因此，如果能够通过对现有商用石墨纸进行再处理，进一步提高其在电化学剥离中的效率和产率，对于石墨烯的产业化生产非常重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种膨胀石墨纸的制备方法。该方法具有对石墨纸的膨胀效果明显，耗时少，操作简单，对环境友好。使用该石墨纸制备石墨烯时，能提高石墨烯电化学剥离效率，石墨烯产率达80%以上。
本发明采用的具体技术方案如下：
1）将石墨纸浸入低温液体中，保持30秒 ~ 5分钟以后，将其取出；
2）再迅速浸入到高温液体中，利用急剧的气体析出和液体的固化作用使石墨纸中的片层发生快速膨胀；
3）待膨胀过程结束后，将膨胀石墨纸取出，再水洗、干燥得到可用于电化学剥离的膨胀石墨纸。
所述的石墨纸碳含量≥99wt%；
所述的低温液体为液氧、液氮、液氩、液体二氧化碳、液化天然气或者它们的混合液体等；
所述的高温液体为水、乙醇、盐酸、硫酸或者它们的混合溶液，其温度范围为常温~沸点温度。
本发明制备的膨胀石墨纸，膨胀效果明显，另外由于边缘结构遭到破坏，为后续在电化学剥离过程中电解液向石墨纸内的浸润提供了有利条件，使得剥离效率得以大大提高。与普通商用石墨纸相比，本膨胀石墨纸的处理方法具有操作简单，安全高效，能耗低，且对环境友好，石墨烯产率达80%以上等特点。是一种快速绿色的制备方法，为石墨烯大批量产业化生产提供了可能。
附图说明
图1 石墨纸处理前后的正面与侧面对比图：(a)(b)处理前；(c)(d)处理后。
图2 石墨纸处理前后的扫描电镜（SEM）微观形貌对比图：(a)(b)处理前；(c)-(f)处理后。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步阐述，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之内。
实施例1
首先将石墨纸浸入液氮（-196℃）中，1分钟以后将其取出，再迅速浸入到沸腾（100℃）的纯水中，利用急剧的析氮和水的固化作用使石墨片层发生快速膨胀，待膨胀过程结束，将其取出，水洗、干燥得到处理后的膨胀石墨纸。利用该石墨纸为原料（16.0 g）进行电化学剥离，即在1 Mol/L的硫酸溶液中，在石墨电极上施加3V的正向电压，石墨迅速剥离为石墨烯。最终可得到石墨烯产物14.2 g，产率为88.8 %。
由附图1可以看出，实施例1中处理后的石墨纸膨胀效果明显。由附图2可以看出，与原始石墨纸相比较，实施例1中处理后的膨胀石墨纸的微观形貌发生了明显改变，即：表面出现褶皱，边缘结构遭到破坏，为后续的电化学剥离过程中电解液向石墨纸内的浸润提供了有利条件。
实施例2
首先将石墨纸浸入液态氧（-183℃）中，1分钟以后将其取出，再迅速浸入到常温（20℃）的乙醇中，利用急剧的析氧和乙醇的固化作用使石墨片层发生快速膨胀，待膨胀过程结束，将其取出，水洗、干燥得到处理后的膨胀石墨纸。利用该石墨纸为原料（17.3 g）进行剥离，即在1 Mol/L的硫酸溶液中，在石墨电极上施加3V的正向电压，石墨迅速剥离为石墨烯。最终可得到石墨烯产物14.4 g，产率为83.2 %。
实施例3
首先将石墨纸浸入液体二氧化碳（-37℃）中，5分钟以后将其取出，再迅速浸入到沸腾（100℃）的纯水中，利用二氧化碳急剧的析出和水的固化作用使石墨片层发生快速膨胀，待膨胀过程结束，将其取出，水洗、干燥得到处理后的膨胀石墨纸。利用该石墨纸为原料（12.0g）进行剥离，即在1 Mol/L的硫酸溶液中，在石墨电极上施加3V的正向电压，石墨迅速剥离为石墨烯。最终可得到石墨烯产物9.8 g，产率为81.7 %。
实施例4
首先将石墨纸浸入液氮（-196℃）中，30秒以后将其取出，再迅速浸入到常温（20℃）的稀盐酸溶液中，利用急剧的析氮和盐酸溶液的固化作用使石墨片层发生快速膨胀，待膨胀过程结束，将其取出，水洗、干燥得到处理后的膨胀石墨纸。利用该石墨纸为原料（15.2 g）进行剥离，即在1 Mol/L的硫酸溶液中，在石墨电极上施加3V的正向电压，石墨迅速剥离为石墨烯。最终可得到石墨烯产物12.9 g，产率为84.8 %。

Claims (4)

1.一种膨胀石墨纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将石墨纸浸入低温液体中，保持30秒 ~ 5分钟以后，将其取出；
2）再迅速浸入到高温液体中，利用急剧的气体析出和液体的固化作用使石墨纸中的片层发生快速膨胀；
3）待膨胀过程结束后，将膨胀石墨纸取出，再水洗、干燥得到可用于电化学剥离的膨胀石墨纸。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的石墨纸碳含量≥99wt%。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的低温液体为液氧、液氮、液氩、液体二氧化碳、液化天然气或者它们的混合液体等。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的高温液体为水、乙醇、盐酸、硫酸或者它们的混合溶液等，其温度范围为常温~沸点温度。
CN201610556422.6A 2016-07-11 2016-07-11 一种膨胀石墨纸的制备方法 Active CN106219525B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610556422.6A CN106219525B (zh) 2016-07-11 2016-07-11 一种膨胀石墨纸的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610556422.6A CN106219525B (zh) 2016-07-11 2016-07-11 一种膨胀石墨纸的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106219525A true CN106219525A (zh) 2016-12-14
CN106219525B CN106219525B (zh) 2018-07-24

Family

ID=57520002

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610556422.6A Active CN106219525B (zh) 2016-07-11 2016-07-11 一种膨胀石墨纸的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106219525B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108163822A (zh) * 2018-02-14 2018-06-15 东华大学 一种纳米片的制备方法
CN110182908A (zh) * 2019-05-13 2019-08-30 浙江大学 一种用于废水中重金属离子电化学去除的膨胀石墨电极及其制备方法和应用
CN110875477A (zh) * 2018-08-31 2020-03-10 湖南科技大学 一种氮掺杂膨胀石墨纸集流体及其制备和应用
CN112194121A (zh) * 2019-07-08 2021-01-08 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种改性石墨纸、其制备方法及含有它的锂离子电池
TWI763082B (zh) * 2020-10-19 2022-05-01 朝陽科技大學 紙張回收再製導電紙及其製法
KR102465951B1 (ko) * 2022-03-24 2022-11-11 주식회사 위드엠텍 폐마그카본계 내화물로부터 그라파이트를 분리하는 방법 및 그 그라파이트를 이용한 팽창그라파이트 제조방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1122787A (zh) * 1994-11-09 1996-05-22 中国科学院山西煤炭化学研究所 柔性石墨纸的制备方法
CN1122788A (zh) * 1994-11-09 1996-05-22 中国科学院山西煤炭化学研究所 柔性石墨纸连续生产方法
CN102211766A (zh) * 2011-03-28 2011-10-12 航天材料及工艺研究所 一种高导热碳材料的快速、低成本制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1122787A (zh) * 1994-11-09 1996-05-22 中国科学院山西煤炭化学研究所 柔性石墨纸的制备方法
CN1122788A (zh) * 1994-11-09 1996-05-22 中国科学院山西煤炭化学研究所 柔性石墨纸连续生产方法
CN102211766A (zh) * 2011-03-28 2011-10-12 航天材料及工艺研究所 一种高导热碳材料的快速、低成本制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
高林等: "用柔性石墨制备低密度膨胀石墨块", 《新型炭材料》 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108163822A (zh) * 2018-02-14 2018-06-15 东华大学 一种纳米片的制备方法
CN110875477A (zh) * 2018-08-31 2020-03-10 湖南科技大学 一种氮掺杂膨胀石墨纸集流体及其制备和应用
CN110875477B (zh) * 2018-08-31 2021-02-09 湖南科技大学 一种氮掺杂膨胀石墨纸集流体及其制备和应用
CN110182908A (zh) * 2019-05-13 2019-08-30 浙江大学 一种用于废水中重金属离子电化学去除的膨胀石墨电极及其制备方法和应用
CN110182908B (zh) * 2019-05-13 2021-04-06 浙江大学 一种用于废水中重金属离子电化学去除的膨胀石墨电极及其制备方法和应用
CN112194121A (zh) * 2019-07-08 2021-01-08 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种改性石墨纸、其制备方法及含有它的锂离子电池
CN112194121B (zh) * 2019-07-08 2022-05-24 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种改性石墨纸、其制备方法及含有它的锂离子电池
TWI763082B (zh) * 2020-10-19 2022-05-01 朝陽科技大學 紙張回收再製導電紙及其製法
KR102465951B1 (ko) * 2022-03-24 2022-11-11 주식회사 위드엠텍 폐마그카본계 내화물로부터 그라파이트를 분리하는 방법 및 그 그라파이트를 이용한 팽창그라파이트 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
CN106219525B (zh) 2018-07-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106219525B (zh) 一种膨胀石墨纸的制备方法
CN106784692B (zh) 石墨烯阵列负载钛酸锂/碳纳米管复合阵列电极材料及其制备方法和应用
CN104386678B (zh) 一种石墨烯的制备方法
EP2719797B1 (en) Method for transferring graphene nondestructively
CN103121670B (zh) 远程等离子体增强原子层沉积低温生长石墨烯的方法
US20190023577A1 (en) Industrial method for preparing large-sized graphene
CN108017090B (zh) 一种高密度边界双层二硫化钼纳米片及其制备方法
CN103346299B (zh) 原位刻蚀制备中空锡基氧化物/碳复合纳米材料的方法
CN106311282A (zh) 一种多孔单层1T MoS2纳米片的制备方法及其应用
TW201416418A (zh) 多晶矽片制絨添加劑、制絨液及其制絨方法
CN105217617A (zh) 一种三维纳米多孔石墨烯的制备方法
Murata et al. Liquid electrolyte-free electrochemical oxidation of GaN surface using a solid polymer electrolyte toward electrochemical mechanical polishing
CN107954420B (zh) 一种电化学阳极剥离石墨箔片制备三维石墨烯的方法
CN102646518A (zh) 脉冲激光沉积制备石墨烯电极材料的方法及其应用
CN104787736A (zh) 一种大规模制备双层结构黑磷的方法
CN106629676A (zh) 一种基于碱性电解液的石墨烯制备方法
CN111889112A (zh) 一种MoS2/Graphene二维材料异质结可见光催化剂的制备方法
CN108658064A (zh) 一种氮掺杂石墨烯及其制备方法
CN104269283A (zh) 一种高比电容石墨烯超级电容器电极材料的制备方法
CN106587155A (zh) 一种高浓度二硫化钼纳米片分散液及其制备方法和应用
CN105883790A (zh) 一种低温剥离修饰石墨烯及其制备方法
CN104261387A (zh) 一种大面积制备石墨烯化碳纸的方法及其制备的石墨烯化碳纸
CN107902647A (zh) 一种以ttab为电解质的电化学阴极剥离石墨箔片制备石墨烯的方法
CN106672951A (zh) 一种环境友好高效率可规模化制备石墨烯的方法
CN112225209B (zh) 一种利用可膨胀石墨制备石墨烯的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant