The invention discloses a method for preparing high-quality graphene nanosheets from carbon nanotube. Graphene nanosheets are prepared by a two-step ion intercalation peeling process using fish-bone-like multi-walled carbon nanotubes as raw materials based on the structural characteristics of the carbon end exposed to the outside. The preparation technology of the invention avoids the introduction of strong oxidant in the process of preparing graphene from carbon nanotubes, neither directly destroys the carbon-carbon bond on the carbon nanotubes, nor introduces oxygen group defects in the carbon layer, so high-quality graphene nanosheets can be obtained. The prepared graphene nanosheets have high purity, uniform size and layers, and are rich in folds. They have good potential applications in energy storage and conversion, sensing, catalyst support and so on. At the same time, the graphene preparation method provided by the invention is novel, simple, efficient, low cost, green and environmental protection, and is suitable for large-scale production and application.
【技术实现步骤摘要】
一种由碳纳米管制备高质量石墨烯纳米片的方法
本专利技术涉及一种由碳纳米管制备高质量石墨烯纳米片的方法,属于碳纳米材料制备领域,是由碳纳米管制备的石墨烯材料。
技术介绍
石墨烯(Graphene)是继富勒烯和碳纳米管之后,又一类新型的碳纳米材料。自2004年被发现以来,以其优异的力学、电学、热学、光学等物理化学性质而备受人们关注,在离子电池、超级电容器、太阳能电池、传感器、复合材料等领域都显示出重要应用潜力。石墨烯和碳纳米管都是由碳六元环组成的石墨层构成,因而在结构和性能上有许多相似之处。由于两者具有相同的基本结构单元,因而可以认为碳纳米管是由二维石墨烯纳米片卷曲而成的一维空心管,也可以认为石墨烯是由碳纳米管裁剪展开获得的。从碳纳米管到石墨烯,意味着更多的碳层表面被暴露出来,使碳层获得了更大的比表面积,这非常有利于纳米碳材料在储能、传感等功能性应用。近年来,通过碳纳米管制备石墨烯纳米带的研究引起国内外的广泛关注。人们采用氧化切割、等离子体或激光刻蚀等方法拉链式切割碳纳米管,制备石墨烯纳米带。但是,这些物理化学方法都是通过强烈的物理化学作用,直接破坏碳管壁上的碳-碳键获得石墨烯纳米条带。由于作用位置和反应先后的不确定性,不能完全切割和定向切割碳纳米管,获得的石墨烯纳米带纯度和结构难以达到要求。另一方面,以往采用的都是规则的圆形碳纳米管,只能获得离散态的条带状石墨烯。最为关键的是,采用的氧化切割会在石墨烯纳米带边缘和表面引入大量的氧缺陷,极大地影响了其结构和电学性能;而等离子体或激光刻蚀需要将每根碳纳米管都预先半掩埋在基体中,对制备工艺要求非常苛刻,且价格昂贵, ...
【技术保护点】
1.一种由碳纳米管制备高质量石墨烯纳米片的方法,是通过以下技术方案实现的,其特征在于具体步骤包括:(1) 将1重量份鱼骨状多壁碳纳米管浸渍于10~300重量份的双氧水或弱氧化性离子溶液中,在20~100℃温度下热处理1~24 h,收集产物用去离子水洗涤3~10次,得到初步插层剥离的碳纳米管;(2) 将1重量份步骤1中所得的产物浸渍于10~300重量份的氯化氢或无氧酸的离子溶液中,在20~100℃温度下热处理1~24h,用去离子水和乙醇洗涤产物至洗涤液呈中性,20~80℃烘箱中干燥1~24h,得到石墨烯纳米片。
【技术特征摘要】
1.一种由碳纳米管制备高质量石墨烯纳米片的方法,是通过以下技术方案实现的,其特征在于具体步骤包括:(1)将1重量份鱼骨状多壁碳纳米管浸渍于10~300重量份的双氧水或弱氧化性离子溶液中,在20~100℃温度下热处理1~24h,收集产物用去离子水洗涤3~10次,得到初步插层剥离的碳纳米管;(2)将1重量份步骤1中所得的产物浸渍于10~300重量份的氯化氢或无氧酸的离子溶液中,在20~100℃温度下热处理1~24h,用去离子水和乙醇洗涤产物至洗涤液呈中性,20~80℃烘箱中干燥1~24h,得到石墨烯纳米片。2.根据权利要求1所述的一种由碳纳米管制备高质量石墨烯纳米片的方法,其特征在于所述步骤1中的鱼骨状多壁碳纳米管是采用化学气相沉积法制备的。3.根据权利要求1或2所述的一种由碳纳米管制备高质量石墨烯纳米片的方法,其特征在于所述骤1中的鱼骨状多壁碳纳米管可以是粉末状的、宏观纤维状或宏观海绵状的。4.根据权利要求1或2所述的一种由碳纳米管制备高质量石墨烯纳米片的方法,其特征在于所述步骤1中的鱼骨状多壁碳纳米管的管壁层数为3~300层,管外径直径为5~300nm,管腔内径为0-290nm,管壁与碳纳米管轴向的角度为1~90°,管壁长度为3~999nm。5.根据权利要求1所述的一种由碳纳米管制备高质量石墨烯纳米片的方法,其特征在于所述步骤1中的预插层剥离所用的弱氧化性离子溶液,可以是双氧水、次氯酸钠和次氯酸钙的水或乙醇溶液。6.根据权利要求1所述的一种由碳纳米管制备高质量石墨烯纳米片的方法,其特征在于步骤2中所述的离子溶液可以是无氧酸氯化氢、氟化氢、溴化氢和碘化氢的水或乙醇溶液的一种或两种及以上的混合溶液,也可以是六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、氢氧化锂分别在乙醇、丙酮、四氢呋喃、N,N-二甲基甲...
【专利技术属性】
技术研发人员:康艳茹,李哲,徐坤,何禧佳,曹义明,李亚利,
申请(专利权)人:曲靖师范学院,
类型:发明
国别省市:云南,53
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