CN107539977A - 双层石墨烯的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双层石墨烯的制备方法，将纯度在70%以上的石墨磨成粉末后，置于强氧化剂溶液中反复搅拌10min—20min后，获得含有大量Cl‑、MnO4、SO₄²¯的石墨混合乳浊液I，所述强氧化剂为浓硫酸、浓盐酸或者高锰酸中的一种或者多种，本发明的有益效果是：该发明一种双层石墨烯的制备方法将石墨内部的杂质氧化后，通过电解和半透膜的使用除去，保证了制备出的石墨烯的纯度，且制作时，还添加锰元素和钛元素，大大的提高了石墨烯的抗腐性和韧性，令石墨烯的整体性能得到了进一步的提高。

Description

双层石墨烯的制备方法

技术领域

本发明涉及石墨烯的制备方法，具体为一种双层石墨烯的制备方法。

背景技术

石墨烯（是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，所以又叫做单原子层石墨。英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯，因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯常见的粉体生产的方法为机械剥离法、氧化还原法，薄膜生产方法为化学气相沉积法（CVD）。由于其十分良好的强度、柔韧、导电、导热、光学特性，在物理学、材料学、电子信息、计算机、航空航天等领域都得到了长足的发展。

现有的石墨烯制备方法，制备出的石墨烯仍然带有少量Na+、和Al3+杂质，对石墨烯的纯度有着很大的影响，降低了石墨烯导电、和导热性，且现有方法制备出的石墨烯韧性仍然不够高，抗腐蚀性的强度也不够。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双层石墨烯的制备方法及其制作方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现：一种双层石墨烯的制备方法，包括如下工艺步骤：

1）石墨的氧化：将纯度在70%以上的石墨磨成粉末后，置于强氧化剂溶液中反复搅拌10min—20min后，获得含有大量Cl-、MnO4、SO₄²¯的石墨混合乳浊液I；

2）石墨混合乳浊液I电解：将步骤1）获得的石墨混合乳浊液I作为电解质，将镁、镁合金、锌或者锌合金作为阳极，将铅板作为阴极，外加220V—380V的电压，将石墨混合乳浊液I电解，令其中的Cl-、MnO4、SO₄²¯穿过半透膜吸附在阳极上，令其中的Na+、 Al3+穿过半透膜吸附在阴极铅板之上，取中间区域的液体作为石墨混合乳浊液II；

3）性能强化剂的制备：取Mn单质和Ti单质磨成半径至0.2mm—0.6mm毫米粉末，取该粉末2—4重量份并与30—60重量份的PH值呈弱酸性的水混合搅拌10min—20min，获得性能强化剂；

4）石墨混合乳浊液III的制备：取步骤2）获得的石墨混合乳浊液II30重量份与步骤3）获得性能强化剂10重量份，在50°C—80°C的环境下，搅拌10min—20min，获得石墨混合乳浊液III；

5）石墨烯单次外延生长：在超高真空条件下将步骤4）得到的10—16重量份石墨混合乳浊液III通入到具有催化活性的过渡金属基底表面，后将室温升至110°C—140°C，静置0.5h—1h；

6）石墨烯二次外延生长：将步骤5）获得的基底带有石墨烯的过渡金属再次置于超高真空条件下将步骤4）得到的3—6重量份石墨混合乳浊液III通入到具有催化活性的过渡金属基底表面，后将室温升至110°C—140°C，静置0.5h—1h，令石墨烯完整的覆盖与过渡金属的基底，形成完整的双层石墨烯膜。

所述强氧化剂为浓硫酸或者高锰酸中的一种或者多种。

所述步骤2）中所使用的半透膜的孔径在200nm以下。

所述步骤6）中的超高真空条件下的真空度在0.03～-0.1MPa之间。

所述步骤1）中磨成的石墨粉末直径在0.03mm—0.06mm之间。

所述过渡金属为钴、镍、铜以及锌中的一种。

本发明的有益效果是：该发明一种双层石墨烯的制备方法将石墨内部的杂质氧化后，通过电解和半透膜的使用除去，保证了制备出的石墨烯的纯度，且制作时，还添加锰元素和钛元素，大大的提高了石墨烯的抗腐性和韧性，令石墨烯的整体性能得到了进一步的提高。

具体实施方式

下面结合具体实施方式进一步的说明，但是下文中的具体实施方式不应当做被理解为对本体发明的限制。本领域普通技术人员能够在本发明基础上显而易见地作出的各种改变和变化，应该均在发明的范围之内。

一种双层石墨烯的制备方法，包括如下工艺步骤：

1）石墨的氧化：将纯度在70%以上的石墨磨成粉末后，置于强氧化剂溶液中反复搅拌10min—20min后，获得含有大量Cl-、MnO4、SO₄²¯的石墨混合乳浊液I，通过将石墨磨粉后加强氧化剂来将石墨内的Na和 Al元素充分氧化呈离子；

2）石墨混合乳浊液I电解：将步骤1）获得的石墨混合乳浊液I作为电解质，将镁、镁合金、锌或者锌合金作为阳极，将铅板作为阴极，外加220V—380V的电压，将石墨混合乳浊液I电解，令其中的Cl-、MnO4、SO₄²¯穿过半透膜吸附在阳极上，令其中的Na+、 Al3+穿过半透膜吸附在阴极铅板之上，取中间区域的液体作为石墨混合乳浊液II，通过电解石墨混合乳浊液I，将其内Cl-、MnO4、SO₄²¯、Na+以及Al3+与石墨之间进行分离；

3）性能强化剂的制备：取Mn单质和Mn单质磨成半径至0.2mm—0.6mm毫米粉末，取该粉末2—4重量份并与30—60重量份的PH值呈弱酸性的水混合搅拌10min—20min，获得性能强化剂；

4）石墨混合乳浊液III的制备：取步骤2）获得的石墨混合乳浊液II30重量份与步骤3）获得性能强化剂10重量份，在50°C—80°C的环境下，搅拌10min—20min，获得石墨混合乳浊液III，通过性能强化剂向石墨中添加少量Mn提高石墨烯的柔韧性，添加Ti提高石墨烯的抗腐性；

5）石墨烯单次外延生长：在超高真空条件下将步骤4）得到的10—16重量份石墨混合乳浊液III通入到具有催化活性的过渡金属基底表面，后将室温升至110°C—140°C，静置0.5h—1h；

6）石墨烯二次外延生长：将步骤5）获得的基底带有石墨烯的过渡金属再次置于超高真空条件下将步骤4）得到的3—6重量份石墨混合乳浊液III通入到具有催化活性的过渡金属基底表面，后将室温升至110°C—140°C，静置0.5h—1h，令石墨烯完整的覆盖与过渡金属的基底，形成完整的双层石墨烯膜。

所述强氧化剂为浓硫酸或者高锰酸中的一种或者多种。

所述步骤2）中所使用的半透膜的孔径在200nm以下。

所述步骤6）中的超高真空条件下的真空度在0.03～-0.1MPa之间。

所述步骤1）中磨成的石墨粉末直径在0.03mm—0.06mm之间。

所述过渡金属为钴、镍、铜以及锌中的一种。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (6)

1.一种双层石墨烯的制备方法，其特征在于：包括如下工艺步骤：

1）石墨的氧化：将纯度在70%以上的石墨磨成粉末后，置于强氧化剂溶液中反复搅拌10min—20min后，获得含有大量Cl-、MnO4、SO₄²¯的石墨混合乳浊液I；

2）石墨混合乳浊液I电解：将步骤1）获得的石墨混合乳浊液I作为电解质，将镁、镁合金、锌或者锌合金作为阳极，将铅板作为阴极，外加220V—380V的电压，将石墨混合乳浊液I电解，令其中的Cl-、MnO4、SO₄²¯穿过半透膜吸附在阳极上，令其中的Na+、 Al3+穿过半透膜吸附在阴极铅板之上，取中间区域的液体作为石墨混合乳浊液II；

3）性能强化剂的制备：取Mn单质和Ti单质磨成半径至0.2mm—0.6mm毫米粉末，取该粉末2—4重量份并与30—60重量份的PH值呈弱酸性的水混合搅拌10min—20min，获得性能强化剂；

4）石墨混合乳浊液III的制备：取步骤2）获得的石墨混合乳浊液II30重量份与步骤3）获得性能强化剂10重量份，在50°C—80°C的环境下，搅拌10min—20min，获得石墨混合乳浊液III；

5）石墨烯单次外延生长：在超高真空条件下将步骤4）得到的10—16重量份石墨混合乳浊液III通入到具有催化活性的过渡金属基底表面，后将室温升至110°C—140°C，静置0.5h—1h；

6）石墨烯二次外延生长：将步骤5）获得的基底带有石墨烯的过渡金属再次置于超高真空条件下将步骤4）得到的3—6重量份石墨混合乳浊液III通入到具有催化活性的过渡金属基底表面，后将室温升至110°C—140°C，静置0.5h—1h，令石墨烯完整的覆盖与过渡金属的基底，形成完整的双层石墨烯膜。

2.根据权利要求1所述的一种双层石墨烯的制备方法，其特征在于：所述强氧化剂为浓硫酸或者高锰酸中的一种或者多种。

3.根据权利要求1所述的一种双层石墨烯的制备方法，其特征在于：所述步骤2）中所使用的半透膜的孔径在200nm以下。

4.根据权利要求1所述的一种双层石墨烯的制备方法，其特征在于：所述步骤6）中的超高真空条件下的真空度在0.03～-0.1MPa之间。

5.根据权利要求1所述的一种双层石墨烯的制备方法，其特征在于：所述步骤1）中磨成的石墨粉末直径在0.03mm—0.06mm之间。

6.根据权利要求1所述的一种双层石墨烯的制备方法，其特征在于：所述过渡金属为钴、镍、铜以及锌中的一种。