CN107324319A - 一种大片层石墨烯及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大片层石墨烯及其制备方法，所述大片层石墨烯的制备方法为：以石墨插层化合物为原料，使石墨插层化合物层间的插层剂与反应试剂在湍流条件下发生反应产生气体，湍流产生的剪切力和所述气体共同剥离石墨插层化合物中的石墨片层，得到大片层石墨烯。所述制备方法融合了物理剥离与化学剥离两种同时进行的过程，能够得到片层大小为1‑50μm、厚度为1‑8个原子层的大片层石墨烯，并且十层以下的石墨烯产率近乎100％，另外，所述制备方法简单、易控、反应条件温和，方法简单，成本低，适宜产业化。

Description

一种大片层石墨烯及其制备方法

技术领域

本发明属于石墨烯技术领域，涉及一种石墨烯及其制备方法，尤其涉及一种大片层高质量石墨烯及高效制备大片层高质量石墨烯的方法。

背景技术

自2004年被发现以来，石墨烯作为一种新型碳材料备受关注。它是一种完全由sp2杂化的碳原子构成的厚度仅为单原子层或数个单原子层的准二维晶体材料，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，导热系数高，常温下其电子迁移率高，电阻率比铜或银更低，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。因其是一种透明、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。同时石墨烯材料也可在高性能纳电子器件、光电器件、气体传感器、复合材料、场发射材料及能量存储等领域获得广泛应用。但是，高质量石墨烯的低成本、大量制备仍面临困境，制约了该材料的发展与应用。

到目前为止，关于石墨烯的制备已经发展出了很多方法：微机械分离法，氧化石墨还原法，化学气相沉积法，溶剂剥离法等。

最开始采用的方法便是微机械分离法，通过机械力把单层石墨片从石墨晶体中剥离出来，这种方法获得的单层石墨片比较完整，却无法控制单层石墨的尺寸大小，这种方法由人工操作，且厚薄不均一。

氧化石墨还原法是主要是基于Hummer方法将石墨进行氧化处理，得到氧化石墨后，再对其进行剥离得到氧化石墨烯，最后经过还原处理得到石墨烯。由于氧化过程通常会严重破坏石墨烯片层的结构，虽然经过还原处理，所得石墨烯材料的各项性能指标仍与高质量的石墨烯存在较大的差距。此外，石墨的氧化过程通常需要大量强酸性氧化剂如浓硫酸、浓硝酸、重铬酸以及高锰酸钾、硝酸钠等；而目还原过程中又需要高温处理或使用肼、二甲基肼等有毒性化学物质，不仅能耗大、效率低、成本高而且污染环境。

化学气相沉积法是用金属或金属化合物放在不同衬底表面作为催化剂，在反应腔体内充入含碳的气体，并在高温下把石墨烯沉积到衬底上的方法，这种方法可以实现大规模的石墨烯制备，但是仍存在一些不足之处，比如这种方法制备的石墨烯没有表现出量子霍尔效应，如何选取合适的衬底也是一个难题，同时存在成本较高，工艺复杂的缺点。

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；缺点是产率很低。液相超声剥离往往需要长时间超声，有的甚至到达数百小时，不可避免的破坏了石墨烯的完整性，从而影响其性能。

另外，D.A.Bennetts和L.M.Hocking在Proc.R.Soc.Lond杂志上从流体动力学角度解释了高速倾角旋转导致容器内湍流的产生，Xianjue Chen等人在Chem.Commun.杂志上发表了利用湍流剥离石墨和氮化硼的方法；CN103350995中介绍了一种制备高质量石墨烯的湍流方法。但是，仅仅依靠物理剥离石墨制备石墨烯的难度较大，并且制得的石墨烯的产量较低。

由于上述制备方法存在的弊端，在石墨烯制备领域迫切需要开发一种可大量、低成本且环境友好的制备高质量石墨烯的新方法。

发明内容

针对现有石墨烯制备方法中存在的制备成本高、石墨烯质量差、产率低及片层小等问题，本发明的目的在于提供一种高效制备大片层高质量石墨烯的方法，所述方法融合物理与化学两种过程，能够得到片层大小为1-50μm、厚度为1-8个原子层的大片层石墨烯，并且十层以下的石墨烯产率近乎100％，方法简单，适宜产业化。

本发明所述大片层石墨烯如无特殊说明均是指片层大小为1-50μm的石墨烯。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的目的之一在于提供一种大片层石墨烯的制备方法，所述方法为：以石墨插层化合物为原料，使石墨插层化合物层间的插层剂与反应试剂在湍流条件下发生反应产生气体，湍流产生的剪切力和所述气体共同剥离石墨插层化合物中的石墨片层，得到大片层石墨烯。

所述石墨插层化合物为插层剂***石墨层间形成的物质。

本发明提供的石墨烯的制备方法中，石墨插层化合物中的插层剂与反应试剂在湍流条件下进行反应，所述湍流是流体的一种流动状态，流体作不规则运动，有垂直于流管轴线方向的分速度产生。

本发明提供的石墨烯的制备方法融合物理与化学两种过程。所述方法采用液体流动提供剥离力，同时，分散在溶剂中的石墨插层化合物是在石墨的基础上***碱金属、碱金属合金或者金属卤化物，石墨层间的插层剂可与溶剂或者溶剂中加入的液体物质发生反应，产生气体，破坏插层结构，起到化学剥离的作用，即液体的对流对石墨片层的剪切剥离的物理过程与插层剂与溶剂反应产生气体的化学过程，形成完整一体同时进行。

石墨插层化合物中的插层剂能够增加层间距降低层间作用力，插层剂与反应试剂反应产生的气体冲击石墨片层从而进一步降低片层作用力，为湍流剪切力撕扯石墨烯片层提供帮助，物理过程与化学过程相辅相成从而能够达到制备高质量大片层石墨烯的目的。

本发明提供的熔合物理与化学两种过程的大片层石墨烯的制备方法，相比较前人的工作，化学气体的产生和层间距的增大导致物理剥离变得更为容易，得到的石墨烯的产量要远远大于单一的物理剥离过程，而又能完全避免传统化学法对石墨烯片层的破坏。单一的物理剥离石墨烯产率小于1％，而本发明提供的制备方法得到十层以下的石墨烯产率近乎100％，并且得到的石墨烯片层大小远远超过前人用湍流法得到的石墨烯，如用150目插层石墨得到的石墨烯片层大小为1-50μm，厚度为1-8个原子层。

所述石墨插层化合物先分散于溶剂形成分散液，再与反应试剂反应。

优选地，所述分散液中石墨插层化合物的浓度为0.1-1000mg/mL，如0.5mg/mL、1mg/mL、2mg/mL、3mg/mL、5mg/mL、8mg/mL、10mg/mL、15mg/mL、20mg/mL、25mg/mL、30mg/mL、50mg/mL、100mg/mL、200mg/mL、300mg/mL、400mg/mL、500mg/mL、600mg/mL、700mg/mL、800mg/mL、900mg/mL或950mg/mL等。

所述溶剂为有机溶剂和/或水，优选为有机溶剂。

优选地，所述有机溶剂为能够溶解石墨烯和/或Hansen溶解度参数为8-14(cal/cm³)^1/2的有机溶剂，如Hansen溶解度参数为8.1-8.5(cal/cm³)^1/2、8.6-8.9(cal/cm³)^1/2、9.1-9.5(cal/cm³)^1/2、10-10.5(cal/cm³)^1/2、11-12(cal/cm³)^1/2或12.5-13.5(cal/cm³)^1/2等。

优选地，所述有机溶剂为醛、有机酸、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、氯苯或二氯苯中的任意一种或至少两种的组合。典型但非限制性的组合如，醛与有机酸，N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺与二甲基乙酰胺，氯苯与二氯苯，有机酸、N-甲基吡咯烷酮与二甲基甲酰胺，二甲基乙酰胺、氯苯与二氯苯。

选择有机溶剂的原因一是，有机溶剂可以将疏水性的石墨烯留在溶液中；二是，有机溶剂剥离与分散效果更佳。

所述石墨插层化合物以插层剂和石墨为原料通过混合法制备得到。

优选地，所述插层剂与石墨的质量比为1:20-20:1，如1:15、1:12、1:10、1:8、1:5、1:3、1:1、3:1、5:1、10:1、12:1、15:1或18:1等。所述混合法能够将插层剂全部***石墨中，因此，石墨插层化合物中插层剂与石墨的质量比也为1:20-20:1。

优选地，所述混合法为：将熔融状态的插层剂与石墨混合，得到石墨插层化合物；或，将插层剂与石墨混合，真空密闭条件下，升温至插层剂呈熔融状态，保温，洗涤，烘干，得到石墨插层化合物。

优选地，所述熔融状态的温度为15-450℃，如20℃、30℃、50℃、80℃、100℃、150℃、200℃、230℃、280℃、300℃、350℃、400℃或420℃等，优选为20℃-380℃。

所述石墨插层化合物的制备方法很多，本领域技术人员可根据需要选择不同的制备方法。混合法是其中的一个较为简便的方法，因此优选混合法。

所述插层剂为金属和/或金属卤化物。其它的能够与相应反应试剂反应产生气体的插层剂均可在此使用。

优选地，所述插层剂为钾、钠、锂、钾钠合金、氯化碘、氯化铝、氯化镍、氯化锑、氯化铁或氟化锑中的任意一种或至少两种的组合。典型但非限制性的组合如钾与钠，锂与钾钠合金，氯化碘与氯化铝，氯化镍、氯化锑与氯化铁，氟化锑、氯化碘、氯化铝与氯化镍。

优选地，所述石墨为膨胀石墨、鳞片石墨、微晶石墨、热解石墨或可膨胀石墨中的任意一种或至少两种的组合，优选为10-150目膨胀石墨，如20目、30目、50目、80目、100目、120目或140目等。

所述反应试剂的质量为石墨插层化合物质量的10％-500％，如15℃、20℃、30℃、50℃、80℃、100℃、120℃、150℃、200℃、230℃、280℃、300℃、320℃、350℃、380℃、400℃、420℃、450℃或480℃等。

所述反应试剂为水、醇、硼氢化钠溶液、水合肼溶液或过氧化氢溶液中的任意一种或至少两种的组合。典型但非限制性的组合如水与醇，硼氢化钠溶液与水合肼溶液，水、醇与过氧化氢溶液。所述反应试剂只要能够与石墨插层化合物中石墨层间的插层物质反应生成气体产物即可。其也可以是其它的物质。本领域技术人员可根据石墨插层化合物中插层剂的种类选择不同特定的反应试剂。

优选地，所述硼氢化钠溶液为pH为9-13的碱性溶液，如pH值为9.3、9.8、10、11、12或12.5等。

优选地，所述水合肼溶液中水合肼的质量百分含量为30％-80％，如32％、35％、38％、40％、42％、45％、48％、50％、52％、55％、60％、70％或75％等。

优选地，所述过氧化氢溶液中过氧化氢的质量百分含量为30％-80％，如32％、35％、38％、40％、42％、45％、48％、50％、52％、55％、60％、70％或75％等。

所述湍流环境通过高速旋转产生，所述高速旋转的转速为3500-10000r/min，如4000r/min、4500r/min、5000r/min、6000r/min、6500r/min、7000r/min、7500r/min、7800r/min、8200r/min、8500r/min、9000r/min或9500r/min等，优选为7000-8000r/min。所述旋转速度能够提供相应的剥离力保证石墨插层化合物中的石墨片层有效剥离。

优选地，所述湍流的时间为0.5-1h，如0.6h、0.7h、0.8h或0.9h等。

所述湍流通过高速离心机产生。所述湍流也可在其它的装置上进行，只要能够提供高速的旋转速度从而提供足够的剪切剥离力即可。

作为优选的技术方案，所述方法包括如下步骤：

(1)将石墨插层化合物分散于溶剂中，得到石墨插层化合物的浓度为0.1-1000mg/mL的分散液；

(2)将反应试剂与分散液在旋转速度为3500-10000r/min的条件下反应，旋转0.5-1h后，得到大片层石墨烯，其中，所述反应为：反应试剂与石墨插层化合物中的插层剂进行反应，生成气体产物；所述反应试剂的质量为石墨插层化合物质量的10％-500％。

本发明的目的之二在于提供一种如上所述的方法制备得到的大片层石墨烯，所述石墨烯片层大小为1-50μm，如2μm、5μm、8μm、10μm、12μm、15μm、18μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm或45μm等，厚度为1-8个原子层，如2个原子层、3个原子层、4个原子层或5个原子层等。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明提供的大片层石墨烯的制备方法采用物理过程和化学过程同时剥离石墨；物理过程是液体运动产生的剪切力与碰撞力对石墨片层的剪切剥离，化学过程为插层剂与溶剂反应产生气体。同时起作用的物理撕扯和化学气体膨胀过程可以实现石墨最大程度的剥离，其得到十层以下的石墨烯产率近乎100％。这是第一种可以和氧化石墨法产率相媲美的方法。溶剂超声剥离和其他湍流方法剥离无法得到本发明提供的大片层石墨烯。

2、本发明提供的大片层石墨烯的制备方法其整个制备过程对环境的影响很小，且废液的处理成本低。

3、本发明提供的大片层石墨烯的制备方法整个制备过程为13h左右，反应时间比超声方法或者氧化还原方法简便许多，并且反应易控，反应条件温和，容易扩大规模，实现产业化。

4、本发明提供的大片层石墨烯缺陷少，质量高，片层大(石墨烯片层大小为1-50μm)，石墨烯片层分布在1-8层。

附图说明

图1为实施例1制得的石墨烯的SEM图。

图2为实施例1制得的石墨烯的XRD图。

图3为实施例1制得的石墨烯的TEM图。

图4为实施例1制得的石墨烯的TEM高分辨图。

图5为实施例1制得的石墨烯的电子衍射图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本发明提供的如下实施例仅仅是为了清楚说明本发明的技术方案，而非对本发明的限定。在本发明提供的技术方案的基础上可以做出许多种不同形式的变化或变动，其显而易见的变化变动仍处于本发明保护之中。

实施例1：

一种大片层石墨烯的制备方法，包括如下步骤：

(1)将81.4mg金属钾与200mg膨胀石墨混合，200℃加热12h，制备出金黄色的石墨插层化合物；

(2)将步骤(1)得到的石墨插层化合物分散到50mL有机溶剂N-甲基吡咯烷酮中，得到石墨插层化合物浓度为3mg/mL的分散液；

(3)向步骤(2)得到的分散液中加入1mL乙醇溶液，并立即运行高速离心机，转速为7000r/min，0.5小时后反应完毕，清洗反应产物，干燥，得到石墨烯粉末聚集体。

将石墨烯粉末聚集体分散到有机溶剂中对其进行表征。

图1是制得的石墨烯的SEM图，石墨烯粉体聚集体呈现出柔性的片层结构，不同于石墨规则平整的片状结构。图2是制得的石墨烯的XRD图，表明石墨烯粉体已经没有明显的晶体峰出现，只有无定型的鼓包在26°左右出现。图3是制得的石墨烯的TEM图，石墨烯的TEM显示其尺寸在10μm以上。图4是制得的石墨烯的TEM高分辨图，显示其厚度为单原子层。图5是制得的石墨烯的电子衍射图，显示出其完好的晶体结构。

实施例2：

一种大片层石墨烯的制备方法，包括如下步骤：

(1)将0.3g无水FeCl₃与0.05g膨胀石墨混合，真空密闭，1h升温至380℃，维持12h，得到产物，将产物溶于稀盐酸溶液中，抽滤，烘干，得到石墨插层化合物；

(2)将步骤(1)得到的石墨插层化合物分散到有机溶剂N-甲基吡咯烷酮中，得到石墨插层化合物浓度为5mg/mL的分散液；

(3)向步骤(2)得到的分散液中加入1mL硼氢化钠碱性溶液，并立即运行高速离心机，转速为7000r/min，离心0.5小时后反应完毕，清洗反应产物，干燥，得到石墨烯粉末聚集体。

所述硼氢化钠溶液为pH为9-13的碱性溶液，如pH值为11或12等。

将实施例2中的硼氢化钠碱性溶液替换为水合肼的质量百分含量为30％-80％(如50％或65％等)的水合肼溶液同样能够得到石墨烯粉末聚集体。

实施例3：

一种大片层石墨烯的制备方法，包括如下步骤：

(1)将0.3g无水FeCl₃与0.05g膨胀石墨混合，真空密闭，1h升温至380℃，维持12h，得到产物，将产物溶于稀盐酸溶液中，抽滤，烘干，得到石墨插层化合物；

(2)将步骤(1)得到的石墨插层化合物分散到有机溶剂N-甲基吡咯烷酮中，得到石墨插层化合物浓度为5mg/mL的分散液；

(3)向步骤(2)得到的分散液中加入1mL质量分数为30％的双氧水溶液，加入后立即运行高速离心机，转速为7000r/min，离心0.5小时后反应完毕，清洗反应产物，干燥，得到石墨烯粉末聚集体。

实施例4：

一种大片层石墨烯的制备方法，包括如下步骤：

(1)将81.4mg金属钾与200mg石墨混合，200℃加热12h，制备出金黄色的石墨插层化合物；

(2)将步骤(1)得到的石墨插层化合物分散到50mL有机溶剂N-甲基吡咯烷酮中，得到石墨插层化合物浓度为3mg/mL的分散液；

(3)向步骤(2)得到的分散液中加入1mL乙醇溶液，并在加入乙醇溶液后，立即运行高速离心机，转速为7000r/min，离心0.5小时后反应完毕，清洗反应产物，干燥，得到石墨烯粉末聚集体。

实施例5：

一种大片层石墨烯的制备方法，包括如下步骤：

(1)将0.3g无水FeCl₃与0.05g石墨混合，真空密闭，1h升温至380℃，维持12h，得到产物，将产物溶于稀盐酸溶液中，抽滤，烘干，得到石墨插层化合物；

(2)将步骤(1)得到的石墨插层化合物分散到有机溶剂N-甲基吡咯烷酮中，得到石墨插层化合物浓度为5mg/mL的分散液；

(3)向步骤(2)得到的分散液中加入1mL的硼氢化钠碱性溶液，并在加入硼氢化钠碱性溶液后立即运行高速离心机，转速为7000r/min，离心0.5小时后反应完毕，清洗反应产物，干燥，得到石墨烯粉末聚集体。

实施例6：

一种大片层石墨烯的制备方法，包括如下步骤：

(1)将0.3g无水FeCl₃与0.05g石墨混合，真空密闭，1h升温至380℃，维持12h，得到产物，将产物溶于稀盐酸溶液中，抽滤，烘干，得到石墨插层化合物；

(2)将步骤(1)得到的石墨插层化合物分散到有机溶剂N-甲基吡咯烷酮中，得到石墨插层化合物浓度为5mg/mL的分散液；

(3)向步骤(2)得到的分散液中加入1mL质量分数为30％的双氧水溶液，并在加入质量分数为30％的双氧水溶液后，立即运行高速离心机，转速为7000r/min，离心0.5小时后反应完毕，清洗反应产物，干燥，得到石墨烯粉末聚集体。

实施例7：

一种大片层石墨烯的制备方法，包括如下步骤：

(1)将81.4mg金属钾与200mg石墨混合，200℃加热12h，制备出金黄色的石墨插层化合物；

(2)将步骤(1)得到的石墨插层化合物分散到50mL有机溶剂N-甲基吡咯烷酮中，得到3mg/mL的分散液；

(3)向步骤(2)得到的分散液中加入1mL乙醇溶液，并在加入乙醇溶液后，立即运行高速离心机，转速为10000r/min，离心0.5小时后反应完毕，清洗反应产物，干燥，得到石墨烯粉末聚集体。

实施例8：

一种大片层石墨烯的制备方法，包括如下步骤：

(1)将0.3g无水FeCl₃与0.05g石墨混合，真空密闭，1h升温至380℃，维持12h，得到产物，将产物溶于稀盐酸溶液中，抽滤，烘干，得到石墨插层化合物；

(2)将步骤(1)得到的石墨插层化合物分散到有机溶剂N-甲基吡咯烷酮中，得到石墨插层化合物浓度为5mg/mL的分散液；

(3)向步骤(2)得到的分散液中加入1mL硼氢化钠碱性溶液，并在加入硼氢化钠碱性溶液后立即运行高速离心机，转速为10000r/min，离心0.5小时后反应完毕，清洗反应产物，干燥，得到石墨烯粉末聚集体。

实施例8中硼氢化钠碱性溶液的pH值可为9-13，如11或12等。

实施例9：

一种大片层石墨烯的制备方法，包括如下步骤：

(1)将0.3g无水FeCl₃与0.05g石墨混合，真空密闭，1h升温至380℃，维持12h，得到产物，将产物溶于稀盐酸溶液中，抽滤，烘干，得到石墨插层化合物；

(2)将步骤(1)得到的石墨插层化合物分散到有机溶剂N-甲基吡咯烷酮中，制备石墨插层化合物浓度为5mg/mL的分散液；

(3)向步骤(2)得到的分散液中加入1mL质量分数为30％的双氧水溶液，并在加入质量分数为30％的双氧水溶液后，立即运行高速离心机，转速为10000r/min，离心0.5小时后反应完毕，清洗反应产物，干燥，得到石墨烯粉末聚集体。

实施例10

一种大片层石墨烯的制备方法，包括如下步骤：

(1)将400mg金属钾钠合金与20mg石墨混合，200℃加热12h，制备出金黄色的石墨插层化合物；

(2)将步骤(1)得到的石墨插层化合物加入52.5mL乙醇溶液中，并在加入后，立即运行高速离心机，转速为3500r/min，离心1小时后反应完毕，清洗反应产物，干燥，得到石墨烯粉末聚集体。

实施例11：

一种大片层石墨烯的制备方法，包括如下步骤：

(1)将10mg金属钾与200mg 10-150目膨胀石墨混合，200℃加热12h，制备出金黄色的石墨插层化合物；

(2)将步骤(1)得到的石墨插层化合物分散到100mL二甲基甲酰胺与氯苯的混合液中，得到石墨插层化合物浓度为1000mg/mL的分散液；

(3)向步骤(2)得到的分散液中加入1312mL乙醇溶液，并立即运行高速离心机，转速为9000r/min，0.8小时后反应完毕，清洗反应产物，干燥，得到石墨烯粉末聚集体。

实施例12

一种大片层石墨烯的制备方法，包括如下步骤：

(1)将0.3g氯化碘与氯化锑的混合物与0.05g鳞片石墨与热解石墨的混合物混合，真空密闭，1h升温至380℃，维持12h，得到产物，将产物溶于稀盐酸溶液中，抽滤，烘干，得到石墨插层化合物；

(2)将步骤(1)得到的石墨插层化合物分散到有机溶剂N-甲基吡咯烷酮中，制备石墨插层化合物浓度为10mg/mL的分散液；

(3)向步骤(2)得到的分散液中加入1mL质量分数为80％的双氧水溶液，并在加入质量分数为80％的双氧水溶液后，立即运行高速离心机，转速为8000r/min，离心0.5小时后反应完毕，清洗反应产物，干燥，得到石墨烯粉末聚集体。

60％的双氧水溶液也可应用于实施例12，得到石墨烯粉末聚集体。

所述石墨烯粉末聚集体经分散在溶剂中后即可得到大片层石墨烯。

对实施例2-12制得的石墨烯分别进行SEM、XRD、TEM、TEM高分辨及电子衍射表征，每个实施例的表征结果均与图1-5相似，说明实施例2-12同样能够制得大片层石墨烯，并且实施例2-12得到的大片层石墨烯的片层大小为1-50μm，厚度为1-8个原子层。

申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种大片层石墨烯的制备方法，其特征在于，所述方法为：以石墨插层化合物为原料，使石墨插层化合物层间的插层剂与反应试剂在湍流条件下发生反应产生气体，湍流产生的剪切力和所述气体共同剥离石墨插层化合物中的石墨片层，得到大片层石墨烯。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述石墨插层化合物先分散于溶剂形成分散液，再与反应试剂反应；

优选地，所述分散液中石墨插层化合物的浓度为0.1-1000mg/mL。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述溶剂为有机溶剂和/或水，优选为有机溶剂；

优选地，所述有机溶剂为能够溶解石墨烯和/或Hansen溶解度参数为8-14(cal/cm³)^1/2的有机溶剂；

优选地，所述有机溶剂为醛、有机酸、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、氯苯或二氯苯中的任意一种或至少两种的组合。

4.根据权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，所述石墨插层化合物以插层剂和石墨为原料通过混合法制备得到；

优选地，所述插层剂与石墨的质量比为1:20-20:1；

优选地，所述混合法为：将熔融状态的插层剂与石墨混合，得到石墨插层化合物；或，将插层剂与石墨混合，真空密闭条件下，升温至插层剂呈熔融状态，保温，洗涤，烘干，得到石墨插层化合物；

优选地，所述熔融状态的温度为15-450℃，优选为20℃-380℃。

5.利用权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，所述插层剂为金属和/或金属卤化物；

优选地，所述插层剂为钾、钠、锂、钾钠合金、氯化碘、氯化铝、氯化镍、氯化锑、氯化铁或氟化锑中的任意一种或至少两种的组合；

优选地，所述石墨为膨胀石墨、鳞片石墨、微晶石墨、热解石墨或可膨胀石墨中的任意一种或至少两种的组合，优选为10-150目膨胀石墨。

6.利用权利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，所述反应试剂的质量为石墨插层化合物质量的10％-500％；

优选地，所述反应试剂为水、醇、硼氢化钠溶液、水合肼溶液或过氧化氢溶液中的任意一种或至少两种的组合；

优选地，所述硼氢化钠溶液为pH为9-13的碱性溶液；

优选地，所述水合肼溶液中水合肼的质量百分含量为30％-80％；

优选地，所述过氧化氢溶液中过氧化氢的质量百分含量为30％-80％。

7.根据权利要求1-6之一所述的方法，其特征在于，所述湍流环境通过高速旋转产生，所述高速旋转的转速为3500-10000r/min，优选为7000-8000r/min；

优选地，所述湍流的时间为0.5-1h。

8.根据权利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，所述湍流环境通过高速离心机产生。

9.根据权利要求1-8之一所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)将石墨插层化合物分散于溶剂中，得到石墨插层化合物的浓度为0.1-1000mg/mL的分散液；

(2)将反应试剂与分散液在旋转速度为3500-10000r/min的条件下反应，旋转0.5-1h后，得到大片层石墨烯，其中，所述反应为：反应试剂与石墨插层化合物中的插层剂进行反应，生成气体产物；所述反应试剂的质量为石墨插层化合物质量的10％-500％。

10.根据权利要求1-9之一所述的方法得到的大片层石墨烯，其特征在于，所述石墨烯片层大小为1-50μm，厚度为1-6个原子层。