一种石墨烯制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯的制备方法，膨胀石墨在助剂水溶液中静置浸润，然后在有机溶剂中超声剥离，干燥去除溶剂得到石墨烯。本发明专利技术中膨胀石墨原料来源广泛，助剂为常见工业品，成本低廉，所用溶剂均可回收利用；整个工艺过程简单，易于实现大规模制备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，具体为膨胀石墨与助剂在溶液中超声剥离制备石墨稀的方法，属于石墨稀领域。
技术介绍
石墨烯是一种新型的二维碳纳米材料，与负极活性物质组成复合材料可以提高电池器件的性能，石墨烯可以减少或限制正极活性物质充放电过程中副作用以及增加电子传寸ο目前常用的方法大都是氧化还原法，但这种方法制备的石墨烯结构缺陷多、工艺控制复杂、大量使用强氧化性酸，成本较高。因此，亟需开发一种低成本、大规模、工艺易控制备石墨稀的方法。申请公布号为CN 102431999 Α的中国专利公开了一种制备尚质量石墨烯的方法，以卤素或者金属卤化物为插层剂的石墨插层化合物为原料，使用草酸或者过氧化氢溶液进行膨胀，然后在溶液中超声制备石墨烯。申请公布号为CN 102452649 A的中国专利公开了一种石墨烯的制备方法，将石墨至于由氧化剂和插层剂构成的混合溶液里，通过浸渍、机械搅拌或超声处理，获得一次插层化合物，经空气中快速热解得到初次剥离物；然后进行二次剥离，得到石墨烯。申请公布号为CN 102431998 A的中国专利公开了一种化学法插层剥离石墨大量制备高质量石墨烯的方法，用化学法将冰醋酸、三氯化铁、硝酸铵、氯酸钾等试剂插入到石墨层间，微波处理，超声剥离，制备石墨烯。申请公布号为CN102757042 A的中国专利公开了一种液相化学制备薄层石墨烯的方法，石墨与过氧化物及浓硫酸混合反应制成硫酸插层石墨，经微波处理，形成蠕虫状石墨烯聚集体，再进行超声，获得薄层石墨;然后与金属氯化物反应，获得金属氯化物插层的薄层石墨;再与非挥发性强酸混合，经超声处理，得到石墨烯。申请公布号CN 102583351 A的中国专利公开了一种液相插层技术结合微波辐照技术制备少层石墨烯的方法，该方法首先将石墨放入含四烷基取代季胺阳离子与0H—的溶液中进行超声处理，使四烷基取代季胺阳离子插入到石墨层间形成插层，引起石墨层间距增大;然后将处理后的石墨进行微波辐照，使石墨插层发生分解，产生大量气体，进一步增大石墨层间距;接着将处理后的石墨分散在低极性有机溶剂中进行超声处理，使石墨发生剥离产生石墨烯;最后进行离心处理，处理后取出上层液体即为少层石墨烯分散液。制备得到的少层石墨烯层数在10层以下，具有缺陷少、含氧基团少、电导率高的优点。申请公布号为CN 102874797 A的中国专利公开了一种大规模制备高质量石墨烯的方法，将剥离剂与水混合，制备浓度为0.2?50wt%的剥离剂溶液;按照膨胀石墨与剥离剂溶液质量比为0.1?10:100，将膨胀石墨分散于剥离剂溶液中搅拌浸润，然后超声，经过滤、洗涤、干燥得到石墨稀。申请公布号为CN 102874798的中国专利公开了一种制备石墨稀的方法，配置可溶性碳酸盐、碳酸氢盐、铵盐、尿素、偶氮化合物、磺酰肼类化合物溶液作为发泡剂，将膨胀石墨在其中浸泡，然后加热除去溶剂，加热解离制备石墨烯。通过以上分析可以看出，插层膨胀法是制备高质量石墨烯的一个有效方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，通过助剂作用实现膨胀石墨的解离，避免氧化还原法的工艺复杂和难于控制，省去石墨插层和强氧化性解离，是一种低成本、宏量制备结构完整的石墨烯的方法。本专利技术的技术方案:，其特征为包括如下步骤: (1)取助剂加入去离子水中制成糊状，水与助剂的体积质量比为(ml/g)为10?50:1; (2)将膨胀石墨加到步骤(1)中，充分分散，静置浸润8?36h，助剂为膨胀石墨质量的2?10倍； (3)将步骤(2)的混合物加入到含氮有机溶剂中，含氮有机溶剂与膨胀石墨的体积质量比(ml/g)为200?600:1;超声剥离同时进行溶液搅拌，0.5?3h，除去溶剂，干燥，得到石墨烯粉体。在本专利技术中，所述的助剂为草酸、碳酸铵、碳酸氢铵，水的含量不仅对助剂进入到石墨片层之间有很大影响，也会对后续有机溶剂中的解离产生影响，因此需要控制水的量；所述的含氮有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮。本专利技术的积极效果就采用膨胀石墨制备为公知成熟方法，原料来源广泛，成本低廉;助剂为常见工业品，极易除去，不会给后续使用引入杂质;在超声剥离过程中，助剂辅助破坏石墨层间范德华力，可以较完整的保持结构的完整性，所用溶剂均可回收利用;工艺过程简单，所用设备为常见通用设备，易于宏量制备。【附图说明】: 图1本专利技术的脱水成块石墨烯的照片。图2本专利技术的石墨烯的扫描电镜照片。图3本专利技术的石墨烯的拉曼光谱图。图4本专利技术的石墨烯的红外谱图。【具体实施方式】下面结合实施例只是对本专利技术做进一步的具体描述，权利要求包括但不限于所述的实施例内容。实施例1 (1)取7g草酸加入70ml去离子水中制成糊状，加入3.5g膨胀石墨搅拌分散均匀，静置浸润 12h0(2)将(1)得到的混合物加入到500ml的N，N_二甲基甲酰胺中，搅拌、超声0.5h，再加入200ml的N，N-二甲基甲酰胺，继续搅拌、超声lh;停止搅拌，继续超声0.5h，捞出未反应的漂浮在液面的膨胀石墨。(3)用乙醇多次洗涤，除去N，N_ 二甲基甲酰胺和草酸，干燥，得到石墨烯粉体，收率为 77%。实施例2 (1)取7g碳酸铵加入70ml去离子水中制成糊状，加入3.5g膨胀石墨搅拌分散均匀，静置浸润8h。(2)将(1)得到的混合物加入到700ml的N，N-二甲基甲酰胺中，搅拌、超声0.5h;停止搅拌，继续超声0.5h，捞出未反应的漂浮在液面的膨胀石墨。(3)用乙醇多次洗涤，除去N，N-二甲基甲酰胺，得到半干的石墨烯粉体，加入50ml去离子水冷冻12h，解冻，用大量水多次洗涤，干燥，得到石墨烯粉体，收率为72%。实施例3 (1)取2g碳酸铵加入20ml去离子水中制成糊状，加入0.2g膨胀石墨搅拌分散均匀，静置浸润36h。(2)将(1)得到的混合物加入到40ml的N，N_二甲基乙酰胺中，搅拌、超声lh;停止搅拌，继续超声0.5h，捞出未反应的漂浮在液面的膨胀石墨。 (3)将(2)溶液倒入400ml去离子水中，放热，静置2h，去除清液，多次加水静置，去除清液，冷冻12h，解冻，用乙醇多次洗涤，干燥，得到石墨烯粉体，收率为81%。实施例4 (1)取2g碳酸氢铵加入20ml去离子水中制成糊状，加入0.2g膨胀石墨搅拌分散均匀，静置浸润8h。(2)将(1)得到的混合物加入到40ml的N，N_二甲基甲酰胺中，搅拌、超声lh;停止搅拌，继续超声0.5h，捞出未反应的漂浮在液面的膨胀石墨。(3)静置2h，用乙醇多次洗涤，干燥，得到石墨烯粉体，收率为75%。实施例5 (1)取lg碳酸铵和lg碳酸氢铵加入20ml去离子水中制成糊状，加入0.2g膨胀石墨搅拌分散均勾，静置浸润12h。(2)将(1)得到的混合物加入到40ml的N_甲基吡咯烷酮中，搅拌、超声2h;停止搅拌，继续超声0.5h，捞出未反应的漂浮在液面的膨胀石墨。(3)除去N-甲基吡咯烷酮，得到半干的石墨烯粉体，加入50ml去离子水冷冻12h，解冻，用大量水多次洗涤，干燥，得到石墨稀粉体，收率为73%。【主权项】1.，其特征在于，取助剂加入去离子水中制成糊状物，水与助剂的体积质量比为(ml/g)为10?50:1;将膨胀石墨加到糊状物中，充分分散，静置浸润8?36h，得到膨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯制备方法，其特征在于，取助剂加入去离子水中制成糊状物，水与助剂的体积质量比为（ml/g）为10～50:1；将膨胀石墨加到糊状物中，充分分散，静置浸润8～36h，得到膨胀石墨混合物；将混合物加入到含氮有机溶剂中，含氮有机溶剂与膨胀石墨的体积质量比（ml/g）为200～600:1，超声剥离同时进行溶液搅拌，时间0.5～3h，除去溶剂，干燥，得到石墨烯粉体。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：荣常如，陈书礼，韩金磊，张克金，魏晓川，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林;22