生产石墨烯的方法技术

石墨烯可从在煤电解过程中所形成的副产物来生产。这些副产物可为电解的煤颗粒、形成于电解的煤颗粒上的凝胶状薄膜、或电解的煤颗粒与凝胶状薄膜一起。电解的煤副产物作为薄层沉积到表面上或载体基底50上，其被加热到有效形成石墨的温度当诸如氢气的还原性气体在加热后的煤产物上方流动时。还原性气体流携带碳颗粒并将它们沉积到表面66上，在其上形成石墨烯层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】生产石墨婦的方法 相关申请的交叉引用[000引根据37CFR§ 1. 78 (a) (4)，本申请要求于2012年4月9日提交的序列号为 61/621625的先前提交的共同待审的临时申请的权益和优先权，该临时申请通过引用完整 的明确地并入本文。
技术介绍
W蜂巢网格排列的SP2杂化碳原子的二维单层的石墨帰表现出优异的机械、热、电 和光学性能；较大的比表面积；W及化学稳定性。该些高超性能赋予石墨帰许多可能的应 用，应用范围从纳米电子、复合材料、传感器到裡离子电池、太阳能电池、或超级电容器中的 电化学电极。石墨帰具体的电子应用包括移动电话、雷达、晶体管、数据存储、触摸屏W及可 佩戴电子设备。 虽然在石墨帰的理论和实验研究该两方面的兴趣日益增加，但是高品质、低成本、 石墨帰的批量生产仍然是一项重大的挑战。基本上有四种生产石墨帰的方法。第一种方法 是石墨的机械剥离，其可生产出高品质的石墨帰。然而，产率较低，因为在生产过程中难于 控制石墨帰的层数。因此，该种方法仅适用于基本研究。第二种方法是化学衍生的石墨帰 胶体息浮液。该种方法可在溶液中批量生产石墨帰片，但由于化学氧化和还原过程会导致 结构缺陷而导电性较差。第H种方法是有机合成。然而，由全部的有机合成生产的石墨帰 由于大分子的不溶性和副反应而具有尺寸限制。最后，化学气相沉积（CVD)是用于生长高 品质和大型石墨帰一种很有前途的方法。现有的CVD方法需要诸如钻、媒、笛、镶和钉的昂 贵过渡金属作为催化剂，姪类气体作为碳源，W及电子束蒸发工艺。一些CVD方法还需要超 高真空条件和/或适于石墨帰生长的特定基底。高成本阻碍了将CVD方法用于大规模石墨 帰生产和应用的使用。
技术实现思路
本专利技术的前提是实现使用煤的副产物来廉价地生产石墨帰。更具体地，本专利技术的 前提是实现可使用焦炭（char)来形成石墨帰，焦炭（char)是水煤浆电解的副产物。 更具体地，研磨的煤可进行电解，该将消耗煤的一部分，形成包覆有防止进一步电 解的凝胶状有机金属物质的颗粒。该些经包覆的颗粒可进行溶剂萃取W便除去有机物质， 从而允许煤颗粒再次用于电解。该可W被重复，直到包覆层的清洗或溶剂萃取不再提高煤 颗粒电解的效率为止。 可将焦炭、电解的煤颗粒或凝胶状包覆层可用于作为形成石墨帰的碳源材料。该 方法可与各种各样的不同的煤一起使用，并且进一步的，电解的煤可在任意时刻根据最终 用途的要求在初始电解之后或重复电解之后从电解过程收集。石墨帰在氨气存在下在大气 压力下通过化学气相沉积从电解的煤来生产。该W相对低的成本且无需昂贵的催化剂来生 广局品质的石墨帰。[000引根据W下详细的描述和实例进一步理解本专利技术的目的和优点，其中：【附图说明】 图1是用于从煤浆形成氨气的电解装置的示意图； 图2是图1的电解槽的分解示意图；W及 图3是用于形成石墨帰的设备的示意图。【具体实施方式】 图1示出用于将煤电解的设备10的示意图，反过来，煤电解又产生用于生产石墨 帰的焦炭或电解的煤颗粒。如图1中所示，设备10包括电解槽11，其包括由膜13 (诸如全 氣化賴酸醋（化fion)膜或聚己帰膜）分隔开的阴极12和阳极14。 包含阳极溶液的容器16,通到粟17,该粟将阳极溶液粟入到电解槽11的阳极侧。 如图所示，阳极溶液流动通过管线23通过丙帰酸树脂块（acirlicblock)22中的通道21。 阳极流体流动通过通道21，然后经由管线24返回到容器16。所生成的气体（二氧化碳）， 在流体中从容器散发出来并且被引导到气体收集器26。温度控制器27位于容器16内。 在相对侧处，容器30包括阴极溶液，其被引导到粟32通到电解槽11的阴极侧。同 样，该阴极溶液通过管线33通过丙帰酸树脂块（acirlicblock) 34中的通道（未示出）， 其提供与阴极12的接触，然后流体从通道引导通过管线36返回到容器30。所生成的气体 (氨气）被引导到气体收集器40。同样，温度控制器42位于容器30内。 图2示出了电解槽11的分解视图。丙帰酸树脂块22和34彼此成镜像。阳极14 和阴极12在隔板13的任一侧上。由惰性隔板44和46在丙帰酸树脂块22和34、阴极12 和阳极14之间形成间隔。该些惰性隔板例如可W是聚四氣己帰、全氣化賴酸醋（Nafion) 或聚己帰。 阴极12可W是必须承受电解槽11中酸性条件的任何材料。该些材料包括碳、媒、 和诸如笛、镶、错的贵金属，W及它们的组合。 虽然阳极14可W是任何导体，但是阳极14通常包括电锻到即沉积到基底或载体 上的含有贵金属的电极催化剂。电极催化剂可W是单一金属、二金属或H金属，并包括至少 一种贵金属W及活化煤电解的一种或多种其它金属。其它金属可W是但不必须是贵金属。 在一些实施例中，电极可包括在载体上的单一贵金属。 载体可从许多公知的载体中进行选择。一些合适的载体包括贵金属丝网和铅，诸 如笛丝网、笛铅、铁丝网、媒基合金化astelloy)丝网、金丝网、金铅、粗丝网、粗铅、W及笛 或镶海绵。当丝网被用作基底时，丝网尺寸将选择成使其可适当地用电极催化剂进行电锻， 不管电极催化剂是电锻到基底上的二或H金属催化剂，还是电沉积到基底上的二或H金属 /Rancy金属催化剂。除了所列出的特定基底之外，将由本领域内的普通技术人员知晓其它 合适的载体。在一些实施例中，电极是直接电锻到载体上的二或H金属电极催化剂。 适于二和H金属催化剂的合适金属选自于笛、镶、钉、練、把、金、银、媒和铁。通过 实例的方式，在一个实施例中，电极是电沉积到笛丝网上的笛-镶电极催化剂。 煤的电解在美国专利号7736475中进一步描述，其公开内容通过引用并入本文。 该申请参照作为燃料的煤。煤是为了参照诸如煤炭、木炭褐煤或石墨的碳基产物。 为了形成焦炭或电解的煤，通过将煤研磨成尺寸在1微米至249微米的颗粒来 制备煤浆。粉煤与包含质子载体（例如，H2S04,H3P04等）和起催化作用的盐（例如，铁盐 或铺盐）的电解质相混合。通常情况下，对于有效的反应铁是必须的。铁的浓度可为高达 10, OOOppmo[002引在电解过程中可用的电流密度可为从30mA/cm2高达200mA/cm2。优选使用至少 90mA/cm2或更高的电流密度。在电解过程中所用的温度可为从80°C或更高。煤浆作为阳 极溶液被引入到煤电解槽内。在电解过程中，发生煤的脱氨，在电解槽的阴极室中产生纯氨 气。煤被氧化成二氧化碳（其收集在电解槽的阳极室内）和较大的姪类结构，其包覆煤颗 粒。在电解之后，将电解的焦炭浆料过滤W便将电解液从固体中分离出来。电解液和起催 化作用的盐可在煤的电解槽中重新使用。 煤通过其电解的机理是一个多步骤的过程。溶液中的化（III)离子被吸附到煤颗 粒的表面上。被吸附的C-Fe(III),d,结构由于强迫流而朝向电极表面流动。C-Fe(III)W, 结构接触所述阳极电极，W及煤上的化（III)Ws用作煤和电极之间的桥。由于位阻效应和/ 或静电电荷，Fe(III)从煤颗粒被脱附（de-adsorbed)到阳极电极，然后发生煤的氧化，同 时将化（III)还原成化（II)。在该过程中，煤可被氧化成C〇2和/或其它大链姪。化（II) 离子在电解槽的阳极处本文档来自技高网...

【技术保护点】
形成石墨烯的方法，包括在存在还原性气体流动流的情况下将电解的煤加热到有效的形成石墨的温度，其中还原性气体流将石墨烯沉积到表面上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰拉尔丁·G·博特，
申请(专利权)人：俄亥俄州立大学，
类型：发明
国别省市：美国;US