一种熔盐电化学剥离石墨制备石墨烯的方法技术

一种熔盐电化学剥离石墨制备石墨烯的方法，其特征在于将电化学方法和溶剂法相结合的石墨烯制备方法。该发明专利技术以铝熔盐作为剥离介质，熔盐中的带电粒子的迁移提供剥离动力。本发明专利技术的技术方案包括以下三个步骤：1)制备合适比例的氯化铝、氯化钠和氯化钾的混合盐，加热到150℃左右，恒温；2)将石墨与铝电极分别通入合适的电流，进行电化学剥离；3)将熔盐中剥离得到的石墨烯进行分离。本发明专利技术具有制备得到石墨烯缺陷少，对设备要求小，可快速大量制备石墨烯及易工业化等优点。

【技术实现步骤摘要】
—种熔盐电化学剥离石墨制备石墨烯的方法
本专利技术专利涉及一种制备石墨烯的方法，具体的说涉及一种采用熔盐电化学剥离石墨材料制备石墨烯的方法。
技术介绍
石墨烯是由单层碳原子以Sp2杂化的方式键合形成的具有六方点阵蜂窝状结构的纳米材料，属于一种新型的二维晶体材料。石墨烯具有良好的导电性、导热性、光学透过性以及特殊的力学特性和电子学特性，在能源存储、透明导电器件、复合材料以及光电子器件等领域都具有很好的应用前景。因此，石墨烯目前已经成为材料学、物理学和化学等多学科领域内的研究热点。在产业化方面，由于各种制备技术的发展，石墨烯产品的开发近年来也取得了显著的进展。 石墨烯的制备方法有多种，总体可分为两类:一类是自下而上的方法，通过原子沉积、合成得到；另一类是自上而下的方法，将石墨类材料进行分解、剥离。自下而上的方法主要有CVD，得到的石墨烯具有高定向、高透光率、表面积大等特点，但是由于工艺复杂、成本高，难以市场推广。自上而下的方法众多，有微机剥离法、氧化还原法、溶剂剥离法、电化学法等。微机械剥离法可以制备出高质量石墨烯，但存在产率低和成本高的不足，不满足工业化和规模化生产要求。氧化还原法制备成本低廉且容易实现，而且可以制备稳定的石墨烯悬浮液，解决了石墨烯不易分散的问题，而且通过气-液自组装的方法可以质量很好的石墨烯层片材料(Self-Assembled Free-Standing Graphite Oxide Membrane.Adv.Mater.(2009)，21，3007-3011)，但是氧化还原石墨烯存在杂元环和非碳基官能团，使得氧化还原石墨烯的应用受到限制。专利技术专利《一种电化学溶胀石墨制备石墨烯的方法》(申请号:CN201310659172.5)采用溶剂剥离和电化学相结合的方法，以高氯酸钠、硝酸铝、水和碳酸二甲脂作为电解液，可以大量制备得到石墨烯，该方法的缺点是电化学剥离的时间较长，其实施例采取的时间达到48?72h。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种改进的石墨烯制备方法，利用氯化铝熔盐体系作为剥离介质，熔盐中的带电粒子迁移形成剥离力，使得石墨膨胀，增大片层间距，最后通过超声震荡使石墨片层彻底分离，得到石墨烯。本专利技术可以可快速大量制备石墨烯。 本专利技术公开的石墨烯的制备方法，是通过以下步骤制得: I)将氯化钠、氯化钾干燥与氯化铝按照一定比例混合，将混合盐加热到150?180°C，并保持恒温，得到无机离子熔盐； 2)将石墨接入电源正极、铝板接入电源负极，置于I)得到的熔盐当中； 3)利用直流稳压电源给2)中的电极通入电流，达到选取的反应时间，关闭电源，此时石墨形貌如图1左图所不; 4)待温度降至室温，对3)反应产物进行水洗，使得产物水溶液pH为中性，静置Ih,取悬浮液； 5)对4)悬浮液进行超声震荡处理30?60min，静置24?72h，得到二次悬浮液； 6)对5)悬浮液在60?120°C真空干燥12h，得到石墨烯。 所述熔盐不局限于氯化钠、氯化钾和氯化铝，可使用含铝离子(及其带电胶团)且与石墨浸润性好的其他配方熔盐或离子液体代替。 所述石墨不局限于单一种类石墨，可使用鱗片石墨、柔性石墨、闻导热石墨等石墨制品代替。 所述阴极不局限于铝电极，可使用耐熔盐侵蚀、导电性良好的其他材料代替。 所述电流不局限于单向恒定电流，可根据实际剥离情况对电流大小、方向进行调节。电流大小由电极尺寸和设定电流密度决定。 本专利技术与现有技术相比具有下述特征和优点: I)本实验方法简单、对设备要求简单、成本低、便于大规模生产。 2)本实验采用的石墨原料广泛，不局限特定原料。 【附图说明】 图1.左图为石墨经过本专利技术处理后的形貌，右图为本专利技术得到的石墨烯水溶液。 图2.本专利技术得到石墨烯的扫描电镜照片。 【具体实施方式】 实施例1: I)将氯化钠、氯化钾与氯化铝按照1: 1:8的比例混合，将混合盐加热到150°C，并保持恒温，使得混合盐完全熔化； 2)利用聚四氟乙烯网将鳞片石墨固定接入电源正极、铝板接入电源负极，置于I)得到的熔盐当中； 3)利用直流稳压电源给2)中的电极通入恒定电流，电流密度为3Α.(1πΓ2。当反应时间为2h时，关闭电源； 4)待温度降至室温，对3)反应产物进行水洗，使得产物清洗溶液pH为中性，静置Ih,取悬浮液； 5)对4)悬浮液进行超声震荡处理60min，静置72h，得到二次悬浮液； 6)对5)悬浮液80°C真空干燥12h，得到石墨烯。 实施例2: I)将氯化钠、氯化钾与氯化铝按照20:14:66的比例混合，将混合盐加热到150°C， 并保持恒温，使得混合盐完全熔化； 2)利用聚四氟乙烯网将鳞片石墨固定接入电源正极、铝板接入电源负极，置于I)得到的熔盐当中； 3)利用直流稳压电源给2)中的电极通入恒定电流，电流密度为2A*dm_2。当反应时间为2h时，关闭电源； 4)待温度降至室温，对3)反应产物进行水洗，使得产物水溶液pH为中性，静置Ih,取悬浮液； 5)对4)悬浮液进行超声震荡处理60min，静置24h，得到二次悬浮液； 6)对5)悬浮液在100°C真空干燥1h，得到石墨烯。 实施例3: I)将氯化钠、氯化钾与氯化铝按照20:14:66的比例混合，将混合盐加热到150°C， 并保持恒温，使得混合盐完全熔化； 2)以柔性石墨作为阳极、铝板作为阴极，置于I)得到的熔盐当中； 3)利用直流稳压电源给2)中的电极通入恒定电流，电流密度为3A*dm_2。当反应时间为2h时，关闭电源； 4)待温度降至室温，对3)反应产物进行水洗，使得产物水溶液pH为中性，静置Ih,取悬浮液； 5)对4)悬浮液进行超声震荡处理60min,静置24h,得到二次悬浮液； 6)对5)悬浮液在100°C真空干燥1h，得到石墨烯。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种熔盐电化学剥离石墨制备石墨烯的方法，其特征在于利用熔盐作为剥离介质，电极电势提供剥离驱动力，以具有石墨特征结构的材料为原料制备石墨烯，具体步骤是：1)将氯化铝、氯化钾和氯化钠以一定比例混合，加热到150～180℃恒温，待混合盐完全熔化；2)将石墨原料接入电源正极，铝板接入电源负极，通入合适的电流，剥离时间为120～240min；3)熔盐电化学剥离结束后，待熔盐降至室温，经过水洗、静置、超声、静置、干燥等步骤得到石墨烯。

【技术特征摘要】
1.一种熔盐电化学剥离石墨制备石墨烯的方法，其特征在于利用熔盐作为剥离介质，电极电势提供剥离驱动力，以具有石墨特征结构的材料为原料制备石墨烯，具体步骤是: 1)将氯化铝、氯化钾和氯化钠以一定比例混合，加热到150?180°C恒温，待混合盐完全熔化； 2)将石墨原料接入电源正极，铝板接入电源负极，通入合适的电流，剥离时间为120?240min ； 3)熔盐电化学剥离结束后，待熔盐降至室温，经过水洗、静置、超声、静置、干燥等步骤得到石墨稀。2.如权利要求1所述一种熔盐电化学剥离石墨制备石墨烯的方法，其特征在于将电化学法和溶剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：马兆昆，曹瑞雄，宋怀河，
申请(专利权)人：北京化工大学常州先进材料研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32