一种石墨烯的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯的制备方法，包括如下步骤：(1)将甲醛水溶液、苯酚和氢氧化钠混合均匀，在密闭条件下，反应，冷却至室温，得暗红色酚醛树脂溶液；(2)将所述酚醛树脂溶液与催化剂溶液混合均匀，得混合物一，或者将固体催化剂等体积浸渍在酚醛树脂溶液中，得混合物二，将所述混合物一或混合物二放置在烘箱中，烘干至恒重，研磨成细粉；(3)将细粉于炭化炉中在氮气气氛下升温至600‑1000℃活化2‑12h，冷却至室温；用0.1‑0.5M盐酸水溶液浸泡，水洗至中性，干燥，即得到石墨烯粉末。本发明专利技术的方法制备过程简单，原料成本低，适用于工业大规模生产。所获得的石墨烯厚度为1‑3层，片层尺寸可达几十微米。

Method for preparing graphene

The invention discloses a method for preparing graphene, which comprises the following steps: (1) the aqueous solution of formaldehyde, phenol and sodium hydroxide mixed reaction in sealed condition, and cooling to room temperature, have dark red phenolic resin solution; (2) mixing the phenolic resin solution and catalyst solution evenly. Have a mixture, or a solid catalyst impregnation in phenolic resin solution, the mixture two, the mixture is a mixture of two or placed in the oven, drying to constant weight, grinding into fine powder; (3) the fine powder in the carbonization furnace under nitrogen atmosphere is heated to 600 DEG C 1000 the activation of 12h 2, cooling to room temperature; 0.1 0.5M hydrochloric acid aqueous solution soaking, washing to neutral, drying to obtain graphene powder. The method of the invention has simple preparation process and low material cost, and is suitable for large-scale industrial production. The thickness of graphene obtained 1 layer 3, layer size up to tens of micrometers.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯的制备方法
本专利技术属无机材料领域，涉及一种石墨烯的制备方法。
技术介绍
石墨烯是由一种只有一个碳原子厚度的二维材料，是一种碳原子以sp2杂化轨道组成的六边形蜂窝状晶格结构的平面薄膜。这一特殊的结构使得石墨烯在力学、热学、电学和光学等方面表现了优异的特性，从而受到广泛关注。目前石墨烯的制备方法主要包括微机械剥离法、氧化石墨还原法、外延生长法与金属催化法等。但是这些制备方法存在制备过程复杂、制备成本高以及无法大规模生产等问题，从而使得目前市售石墨烯价格昂贵，限制了石墨烯的进一步开发使用。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种原料成本低、制备过程简便以及适于大规模生产的石墨烯的制备方法。本专利技术的技术方案概述如下：一种石墨烯的制备方法，包括如下步骤：：(1)将体积浓度为37％的甲醛水溶液、苯酚和氢氧化钠以质量比为1:0.1～1:0.05～0.2的比例混合均匀，在密闭条件下，于60～100℃反应0.5～3小时，冷却至室温，得暗红色酚醛树脂溶液；(2)将所述酚醛树脂溶液与催化剂溶液按比体积为1:1～10的比例混合均匀，得混合物一，或者将固体催化剂等体积浸渍在酚醛树脂溶液中，得混合物二，将所述混合物一或混合物二放置在烘箱中，50-100℃烘干至恒重，研磨成细粉；(3)将步骤(2)获得的细粉于炭化炉中在氮气气氛下以2-10℃/min的升温速度升至600-1000℃活化2-12h，冷却至室温；用0.1-0.5M盐酸水溶液浸泡，水洗至中性，干燥，即得到石墨烯粉末。催化剂溶液为金属离子浓度为0.5-3M的Li、Na、K、Ru、Cs、Mg、Ca、Sr或Ba离子水溶液。固体催化剂为负载了Fe2O3或CoO的催化剂，催化剂载体为CaO、MgO、CaCO3、SrCO3、MgCO3、BaCO3，固体催化剂中Fe或Co的质量百分比为2％-20％。本专利技术的方法制备过程简单，原料成本低，适用于工业大规模生产。所获得的石墨烯厚度为1-3层，片层尺寸可达几十微米。附图说明：图1为实施例1与实施例10制备石墨烯XRD图片。实施例1与实施例10制备石墨烯所获得的石墨烯粉末XRD图如图1所示。23°左右为石墨烯特征峰。图2为实施例1与实施例10制备石墨烯的SEM图片与TEM图片。a,b分别为实施例1石墨烯SEM与TEM照片，c,d分别为实施例10石墨烯SEM与TEM照片。石墨烯厚度为1-3层，片层尺寸可达几十微米。实施例1一种石墨烯的制备方法，包括如下步骤：(1)将体积浓度为37％的甲醛水溶液、苯酚和氢氧化钠以质量比为1:0.1:0.05的比例混合均匀，在密闭条件下，于60℃反应0.5小时，冷却至室温，得暗红色酚醛树脂溶液；(2)将酚醛树脂溶液与0.5MLiCl水溶液按比体积为1:1的比例混合均匀，得混合物一，将混合物一放置在烘箱中，50℃烘干至恒重，研磨成细粉；(3)将步骤(2)获得的细粉于炭化炉中在氮气气氛下以2℃/min的升温速度升至600℃活化2h，冷却至室温；用0.1M盐酸水溶液浸泡，水洗至中性，干燥，即得到石墨烯粉末。所获得的石墨烯粉末XRD图如图1所示。23°左右为石墨烯特征峰。所获得的石墨烯SEM与TEM照片见图2a，b。石墨烯厚度为1-3层，片层尺寸可达几十微米。实施例2一种石墨烯的制备方法，包括如下步骤：：(1)将体积浓度为37％的甲醛水溶液、苯酚和氢氧化钠以质量比为1:0.5:0.1的比例混合均匀，在密闭条件下，于90℃反应1.5小时，冷却至室温，得暗红色酚醛树脂溶液；(2)将酚醛树脂溶液与1.5MNa2SO4水溶液按比体积为1:5的比例混合均匀，得混合物一，将混合物一放置在烘箱中，80℃烘干至恒重，研磨成细粉；(3)将步骤(2)获得的细粉于炭化炉中在氮气气氛下以6℃/min的升温速度升至800℃活化6h，冷却至室温；用0.3M盐酸水溶液浸泡，水洗至中性，干燥，即得到石墨烯粉末。实施例3一种石墨烯的制备方法，包括如下步骤：(1)将体积浓度为37％的甲醛水溶液、苯酚和氢氧化钠以质量比为1:1:0.2的比例混合均匀，在密闭条件下，于100℃反应3小时，冷却至室温，得暗红色酚醛树脂溶液；(2)将酚醛树脂溶液与3MKOH水溶液按比体积为1:10的比例混合均匀，得混合物一，将混合物一放置在烘箱中，100℃烘干至恒重，研磨成细粉；(3)将步骤(2)获得的细粉于炭化炉中在氮气气氛下以10℃/min的升温速度升至1000℃活化12h，冷却至室温；用0.5M盐酸水溶液浸泡，水洗至中性，干燥，即得到石墨烯粉末。实施例4一种石墨烯的制备方法，包括如下步骤：：(1)同实施例1步骤(1)；(2)将酚醛树脂溶液与0.5MRuCl水溶液按比体积为1:1的比例混合均匀，得混合物一，将混合物一放置在烘箱中，50℃烘干至恒重，研磨成细粉；(3)同实施例1步骤(3)实施例5一种石墨烯的制备方法，包括如下步骤：(1)同实施例2步骤(1)；(2)将酚醛树脂溶液与1.5MCs2SO4水溶液按比体积为1:5的比例混合均匀，得混合物一，将混合物一放置在烘箱中，80℃烘干至恒重，研磨成细粉；(3)同实施例2步骤(3)。实施例6一种石墨烯的制备方法，包括如下步骤：：(1)同实施例3步骤(1)；(2)将酚醛树脂溶液与3MMgCl2水溶液按比体积为1:10的比例混合均匀，得混合物一，将混合物一放置在烘箱中，100℃烘干至恒重，研磨成细粉；(3)同实施例3步骤(3)。实施例7一种石墨烯的制备方法，包括如下步骤：(1)同实施例1步骤(1)；(2)将酚醛树脂溶液与0.5MCaCl2水溶液按比体积为1:1的比例混合均匀，得混合物一，将混合物一放置在烘箱中，50℃烘干至恒重，研磨成细粉；(3)同实施例1步骤(3)实施例8一种石墨烯的制备方法，包括如下步骤：(1)同实施例2步骤(1)；(2)将酚醛树脂溶液与1.5MSrCl2水溶液按比体积为1:5的比例混合均匀，得混合物一，将混合物一放置在烘箱中，80℃烘干至恒重，研磨成细粉；(3)同实施例2步骤(3)。实施例9一种石墨烯的制备方法，包括如下步骤：：(1)同实施例3步骤(1)；(2)将酚醛树脂溶液与3MBaCl2水溶液按比体积为1:10的比例混合均匀，得混合物一，将混合物一放置在烘箱中，100℃烘干至恒重，研磨成细粉；(3)同实施例3步骤(3)。实施例10一种石墨烯的制备方法，包括如下步骤：(1)同实施例1步骤(1)；(2)将固体催化剂等体积浸渍在酚醛树脂溶液中，得混合物二，将混合物二放置在烘箱中，50℃烘干至恒重，研磨成细粉；(3)同实施例1步骤(3)。固体催化剂为负载了Fe2O3的催化剂，催化剂载体为CaO，固体催化剂中Fe的质量百分比为2％。所获得的石墨烯粉末XRD图如图1所示。23°左右为石墨烯特征峰。所获得的石墨烯SEM与TEM照片见图2c，d。石墨烯厚度为1-3层，片层尺寸可达几十微米。实施例11一种石墨烯的制备方法，包括如下步骤：(1)同实施例2步骤(1)；(2)将固体催化剂等体积浸渍在酚醛树脂溶液中，得混合物二，将混合物二放置在烘箱中，80℃烘干至恒重，研磨成细粉；(3)同实施例2步骤(3)。固体催化剂为负载了Fe2O3的催化剂，催化剂载体为MgO，固体催化剂中Fe的质量百分比为10％。实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯的制备方法，其特征是包括如下步骤：(1)将体积浓度为37％的甲醛水溶液、苯酚和氢氧化钠以质量比为1:0.1～1:0.05～0.2的比例混合均匀，在密闭条件下，于60～100℃反应0.5～3小时，冷却至室温，得暗红色酚醛树脂溶液；(2)将所述酚醛树脂溶液与催化剂溶液按比体积为1:1～10的比例混合均匀，得混合物一，或者将固体催化剂等体积浸渍在酚醛树脂溶液中，得混合物二，将所述混合物一或混合物二放置在烘箱中，50‑100℃烘干至恒重，研磨成细粉；(3)将步骤(2)获得的细粉于炭化炉中在氮气气氛下以2‑10℃/min的升温速度升至600‑1000℃活化2‑12h，冷却至室温；用0.1‑0.5M盐酸水溶液浸泡，水洗至中性，干燥，即得到石墨烯粉末。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯的制备方法，其特征是包括如下步骤：(1)将体积浓度为37％的甲醛水溶液、苯酚和氢氧化钠以质量比为1:0.1～1:0.05～0.2的比例混合均匀，在密闭条件下，于60～100℃反应0.5～3小时，冷却至室温，得暗红色酚醛树脂溶液；(2)将所述酚醛树脂溶液与催化剂溶液按比体积为1:1～10的比例混合均匀，得混合物一，或者将固体催化剂等体积浸渍在酚醛树脂溶液中，得混合物二，将所述混合物一或混合物二放置在烘箱中，50-100℃烘干至恒重，研磨成细粉；(3)将步骤(2)获得的细粉于炭化炉中在氮气气氛...

【专利技术属性】
技术研发人员：王希涛，李青娅，王康，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12