本发明专利技术是一种采用电化学辅助制备单层大尺寸氧化石墨烯的方法。包括如下步骤：电化学反应条件下，取阳极发生膨胀的鳞片石墨片，用去离子水清洗，常温干燥，粉碎机粉碎，使石墨粉粒径在微米级。冰浴下，将石墨粉与浓硫酸，高锰酸钾混合，搅拌，依次经过低温、中温、高温反应，反应结束后向混合物中加入质量浓度为30％的双氧水，用稀盐酸和去离子水冲洗至pH到7，超声，离心,制备单层大尺寸的氧化石墨烯。本发明专利技术所制备的氧化石墨烯为单层，边长尺寸在微米级以上，其中边长尺寸在100μm以上的氧化石墨烯占32％。产率高，使用的设备、操作工艺简单，成本低，可实现大规模化生产。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术是。包括如下步骤：电化学反应条件下，取阳极发生膨胀的鳞片石墨片，用去离子水清洗，常温干燥，粉碎机粉碎，使石墨粉粒径在微米级。冰浴下，将石墨粉与浓硫酸，高锰酸钾混合，搅拌，依次经过低温、中温、高温反应，反应结束后向混合物中加入质量浓度为30％的双氧水，用稀盐酸和去离子水冲洗至pH到7，超声，离心,制备单层大尺寸的氧化石墨烯。本专利技术所制备的氧化石墨烯为单层，边长尺寸在微米级以上，其中边长尺寸在100μm以上的氧化石墨烯占32％。产率高，使用的设备、操作工艺简单，成本低，可实现大规模化生产。【专利说明】-种采用电化学辅助制备单层大尺寸氧化石墨烯的方法
： 本专利技术涉及
技术介绍
： 石墨烯作为单原子层厚的二位蜂窝状结构，自2004年Geim等人通过微机械剥离 法获得以来，因其优异的电性能、机械性能、光学性能和热力学性能，被广泛应用于电子元 器件、催化剂、传感器、能量转换和储备等领域。 目前，适合大规模生产的石墨烯制备方法是化学氧化还原法。这种方法重点在于 将石墨进行氧化剥离，即氧化石墨烯的制备。氧化石墨烯的制备是通过强酸，强氧化性物 质破坏石墨层间的范德华力，同时破坏石墨烯层中的SP 2碳，生成羟基、羧基、环氧官能团等 SP3碳，从而生成亲水性好的氧化石墨烯。 氧化石墨烯是石墨烯的前驱体，探索氧化石墨烯的廉价量产技术，对于石墨烯的 技术研究和广泛应用具有巨大的学术价值和商业应用前景。氧化石墨烯的制备主要有三种 方法：Brodie法，Staudenmaier法和Hummers法。其中Hummers法是目前最为常用的一种 方法。它采用浓硫酸，高氯酸，高锰酸钾和石墨粉混合，经过氧化反应后，可得到被氧化的 氧化石墨，再经过超声剥离制备出氧化石墨烯。传统Hummers法及其法在石墨烯的制备中， 要用大量的强酸，强氧化剂，同时制备去掉过程中还会释放出N0 2, N204, C102等有毒气体，环 境危害大。同时过度使用强氧化剂导致所制备的氧化石墨烯氧化程度过高，氧化石墨烯的 结构缺陷较多，综合性能较差。因此，在提高氧化石墨烯综合性能的前提下如何简化制备方 法或者降低强氧化剂的用量，提高化学法制备氧化石墨烯的商业应用前景成为石墨烯研究 的重点。专利201110121338. 9将石墨，浓酸，高锰酸钾和硝酸盐混合均匀，在80°C?130°C 的密闭环境中反应，得到氧化石墨烯。此方法虽简单，但所用氧化剂种类多，量大，反应过 程中会释放Ν02，Ν 204有毒性气体。专利201210392839. 5先将石墨处理成膨胀石墨，用膨胀 石墨和浓硫酸或混酸在冰水浴中混合，加入高锰酸钾，搅拌反应lOmin?lh后，加入去离 子水水解，然后加入双氧水，最后加入5%稀盐酸和去离子水清洗，超声离心后，制备出氧化 石墨烯。此方法使用膨胀石墨代替了石墨，所以后期的氧化步骤简单和氧化剂的种类和用 量相对较少，但是膨胀石墨的制备需要使用浓硫酸和浓硝酸，综合起来反而加大了浓酸和 强氧化剂的用量。专利201310250399. 4采用将石墨原材料用机械作用和氧化反应相结合 的方式制备氧化石墨烯，通过将这两种方法结合，可在最短的时间内一步制得氧化石墨烯， 产品无需超声即可在16000rmp条件下稳定悬浮。此种方法制备氧化石墨烯的产率低，仅有 20%。 基于上文所述，如果能专利技术一种氧化石墨烯的制备方法，能够制备出一种单层，大 尺寸的氧化石墨烯，并且制备过程简单，产量高，反应试剂用量少，反应中无有毒气体排出， 对环境副作用小，易于大量生产，那么这种制备方法将对本领域非常有利。
技术实现思路
： 基于此，有必要提供一种可以制备单层，边长尺寸在微米级的氧化石墨烯的制备 方法。 -种氧化石墨烯的制备方法，其特征在于采用电化学方法辅助制备，具体包括如 下步骤： 电化学反应条件下，阳极采用鳞片石墨片，所述电化学反应为恒压直流反应，电压 为3V?8V，电解质为硫酸水溶液，浓度为4. 8g/100mL H20?19. 2g/100mL H20,反应的时 间为5min?60min ;取阳极发生膨胀的鳞片石墨片，用去离子水清洗，常温干燥，粉碎机粉 碎，使石墨粉粒径在微米级；冰浴下，将石墨粉与浓硫酸，高锰酸钾混合，石墨粉、质量浓度 为98%的浓硫酸、高锰酸钾的质量比是1 : (25?70) : (2?8); 搅拌，依次经过低温、中温、高温反应，低温为0°C?10°C，中温为30°C?50°C， 高温为70°C?100°C，反应时间依次为低温lOmin?60min，中温30min?60min，高温 15min?60min，反应结束后向混合物中加入质量浓度为30%的双氧水，双氧水加入量为每 lg石墨粉用0. 5?5mL ;用盐酸和去离子水冲洗至pH = 7,超声，离心，制备单层大尺寸的 氧化石墨烯。 进一步，所述鳞片石墨在常压下的干燥温度是50°c?KKTC，干燥时间是4h? 24h。 进一步，其特征在于，加入的盐酸为盐酸：水体积比为1:10的稀盐酸水溶液。 进一步，其特征在于，所述超声处理的功率为100W?200W，处理时间为30? 60min，离心处理的转速为4000?7000rpm，处理时间为10?30min。 【专利附图】【附图说明】： 图1为氧化石墨烯的制备方法的流程图； 图2为电化学法对石墨进行预处理的示意图； 图3为电化学法处理完后的石墨图片； 图4为氧化石墨烯的SEM照片； 图5为氧化石墨烯的TEM照片； 图6为氧化石墨烯尺寸大小分布图； 图7为鳞片石墨和氧化石墨烯的XRD图片； 图8为氧化石墨烯的HRTEM图片； 图9为氧化石墨烯的AFM图片。 【具体实施方式】： 为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术 的【具体实施方式】做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发 明。但是本专利技术没有这些具体细节的情况下也能实施，本领域技术人员可以在不违背本发 明内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施的限制。 如图1所示是一实施方式的石墨烯的制备方法，包括如下步骤： 1、如图2所示，是电化学方法对鳞片石墨进行预氧化处理的示意图。应用的是两 电极法中的阳极氧化法。 (1)石墨选择纯度在99. 5 %的鳞片石墨。 (2)电解质是浓度为4. 8g/100mL水?19. 2g/100mL水的硫酸水溶液。 (3)电化学反应的电压为3V?8V，时间为5min?60min。 (4)鳞片石墨经过预氧化处理后，表面残余电解质用去离子水去除。 (5)经过去离子水处理后，鳞片石墨在常压下的干燥温度是50°C?100°C。干燥时 间是4h?24h。 (6)干燥后的鳞片石墨用粉碎机粉碎，使石墨粉粒径在微米级。 2、预氧化处理后的鳞片石墨粉用改进的Hmnmers法进行氧化剥离制备氧化石墨 烯。 (1)石墨粉、浓硫酸、高锰酸钾混合，依次在低温0°C?10°C，中温30°C?50°C，高 温70°C?100°C的环境下反应，反应时间依次为低温lOmin?60min 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种氧化石墨烯的制备方法，其特征在于采用电化学方法辅助制备，具体包括如下步骤：电化学反应条件下，阳极采用鳞片石墨片，所述电化学反应为恒压直流反应，电压为3V～8V，电解质为硫酸水溶液，浓度为4.8g/100mL H2O～19.2g/100mL H2O,反应的时间为5min～60min；取阳极发生膨胀的鳞片石墨片，用去离子水清洗，常温干燥，粉碎机粉碎，使石墨粉粒径在微米级；冰浴下，将石墨粉与浓硫酸，高锰酸钾混合，石墨粉、质量浓度为98％的浓硫酸、高锰酸钾的质量比是1：(25～70)：(2～8)；搅拌，依次经过低温、中温、高温反应，低温为0℃～10℃，中温为30℃～50℃，高温为70℃～100℃，反应时间依次为低温10min～60min，中温30min～60min，高温15min～60min，反应结束后向混合物中加入质量浓度为30％的双氧水，双氧水加入量为每1g石墨粉用0.5～5mL；用盐酸和去离子水冲洗至pH＝7，超声，离心,制备单层大尺寸的氧化石墨烯。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：曹兵，孟庆函，徐涛，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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