制备还原氧化石墨烯的方法及其制得的还原氧化石墨烯技术

本发明专利技术提供一种制备还原氧化石墨烯的方法，将氧化石墨进行第一次微波辐射，冷却，将冷却后的氧化石墨进行第二次微波辐射。本发明专利技术还涉及一种还原氧化石墨烯，由上述方法制备得到。本发明专利技术提供的制备还原氧化石墨烯的方法通过两次微波辐射方式处理氧化石墨可以高效制备出高比表面积高还原度的还原氧化石墨烯。

【技术实现步骤摘要】
制备还原氧化石墨烯的方法及其制得的还原氧化石墨烯
本专利技术涉及纳米材料领域，具体而言，涉及一种制备还原氧化石墨烯的方法及其制得的还原氧化石墨烯。
技术介绍
石墨烯由于在光、电、热、力等性能方面的优异表现使其在生物医药、能源储存、光电催化、航天航空、设备防护等领域得到了广泛的研究和应用。目前，先后发展出了四类基本的制备方法，包括机械剥离、化学气相沉积、外延生长、氧化还原。这四类方法中，氧化还原法由于生产成本相对较低、无需特殊设备和生产过程简单等优势，因此被认为最具工业化生产潜力的方法之一。但是，目前的氧化还原法制备得到的还原氧化石墨烯存在还原程度低及比表面积太小等问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种制备还原氧化石墨烯的方法，能够高效制备出高比表面积高还原度的还原氧化石墨烯。本专利技术提供一种还原氧化石墨烯，其具有高比表面积及高还原度的特点。本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的。第一方面，本专利技术实施例提供一种制备还原氧化石墨烯的方法，将氧化石墨进行第一次微波辐射，冷却，将冷却后的氧化石墨进行第二次微波辐射。第二方面，本专利技术实施例提供一种还原氧化石墨烯，采用上述的制备方法制备得到。本专利技术提供的制备还原氧化石墨烯的方法及还原氧化石墨烯，通过两次微波辐射处理氧化石墨，有效提升了传统的微波法辅助剥离氧化石墨获得还原氧化石墨烯的效率，提高了还原氧化石墨烯的还原度和比表面积。本专利技术的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。附图说明图1为本专利技术实施例1提供的氧化石墨的光学显微镜照片。图2为本专利技术实施例1提供的还原氧化石墨烯的光学显微镜照片。图3为本专利技术实施例1提供的还原氧化石墨烯的比表面积N2吸附脱附等温曲线图。图4为本专利技术实施例1提供的还原氧化石墨烯的XPS分析图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。还原氧化石墨烯是指一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，呈黑色，如图2所示，还原氧化石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，还原氧化石墨烯可以由氧化石墨制得，例如，将氧化石墨的一部分含氧官能团进行还原得到。氧化石墨又名石墨氧化物或石墨酸，是一种由物质的量之比不定的碳、氢、氧元素构成的化合物。氧化石墨可以通过强氧化剂处理石墨制备，氧化程度较高的产物的碳、氧物质的量之比介于2.1到2.9，为一种黄色固体，并仍然保留石墨的主体层状结构，但具体精细结构变得更复杂。氧化石墨转变为还原氧化石墨烯的过程除了涉及含氧官能团的还原反应，还涉及将一种未膨胀状态的氧化石墨剥离为单层的还原氧化石墨烯的过程。微波辐射通过加热氧化石墨使其表面的含氧官能团被分解成气体，气体产生的压强克服了片层间的范德华力，还原氧化石墨烯得以成功剥离。作为本专利技术的一个方面，本申请提供一种制备还原氧化石墨烯的方法，包括以下步骤：制备氧化石墨。在本专利技术的一些实施方式中，氧化石墨可以由以下方式进行制备：将鳞片石墨和硝酸钠加入容器中，加入重量百分比浓度为98％的浓硫酸后将该反应容器置于温度为0℃的冰水浴中，搅拌反应，反应时间例如控制在30min或以上，将高锰酸钾作为氧化剂加入到上述容器中，继续搅拌反应，反应时间例如为1h或以上，反应完成之后，将该反应器转入到水浴环境中，水浴温度例如控制在35℃，继续搅拌反应，搅拌30min，然后加入蒸馏水，将该容器转入到98℃的油浴中，继续搅拌15min，依次加入蒸馏水和H2O2溶液，H2O2溶液的质量分数例如为30％。在反应体系最终成亮黄色之后，过滤得氧化石墨。过滤后，可以将上述反应制得的氧化石墨用盐酸进行洗涤以提高氧化石墨的纯度。洗涤时，盐酸体积:石墨重量为(450～800)ml:1g，如500ml：1g、600ml：1g、700ml：1g等，洗涤后干燥。在其他的一些实施方式中，氧化石墨还可以按以下方式制备：将鳞片石墨和K2S2O8、P2O5加入98％浓硫酸中，加热反应，温度例如控制在80℃，反应时间控制在6h或以上，后冷却至室温，用蒸馏水稀释，然后洗涤至中性，干燥，得到预氧化的氧化石墨，称取所得到的预氧化石墨加入到98％的浓硫酸中，0℃的冰水浴条件下，加入氧化剂如高锰酸钾，反应温度例如在35℃条件下，反应时间控制在例如2h或以上。反应之后加入蒸馏水和30％的双氧水，趁热过滤，酸洗。洗涤时，盐酸体积:石墨重量为(450～800)ml:1g，如500ml：1g、600ml：1g、700ml：1g等，洗涤后干燥。在其他的一些实施方式中，氧化石墨还可以按以下方式制备：将98％的浓硫酸和68％的浓硝酸加入容器中，搅拌反应，反应时间例如控制在15min或以上，将鳞片石墨缓慢加入到该反应容器中，搅拌反应后，加入氯酸钾，继续搅拌反应，反应时间例如控制在96h或以上，用蒸馏水稀释，过滤，酸洗。洗涤时，盐酸体积:石墨重量为(450～800)ml:1g，如500ml：1g、600ml：1g、700ml：1g等，洗涤后干燥。通过采用定量的盐酸洗涤氧化石墨相对于现有技术在氧化还原法制备氧化石墨后用大量盐酸溶液和去离子水洗涤至中性的方式可以最大程度上避免废酸废水的产生，有利于工业化生产。除此之外，大量水及盐酸洗涤的过程中氧化石墨片层间会发生位移现象，不利于后续的微波法还原剥离氧化石墨。将制备得到的氧化石墨进行第一次微波辐射。可以理解的是，在一些实施方式中，氧化石墨可以采用市售产品。在本专利技术的一些实施方式中，第一次微波辐射的功率为600～820w，例如700w、730w、760w、800w等。在一些实施方式中，第一次微波辐射也可以采用非恒定功率的微波进行，例如在第一次微波辐射过程中，先采用700W的功率进行辐射，辐射时间t后，将微波功率增加至800W或者降低至600W进行辐射。由于氧化石墨具有导电性，在微波作用下，氧化石墨内部会产生巨大的涡电流，产生剧烈的加热效应，使氧化石墨中插入的含氧官能团急剧分解和挥发，并剧烈膨胀，实现层间的剥离。微波辐射功率影响氧化石墨进行还原反应的反应速率。微波功率过低，还原反应速度太慢，不利于高效制备还原氧化石墨烯。在一定的功率范围内，功率越高，还原反应进行的速度越快，超过该功率范围，部分氧化石墨会被灼烧而断裂。本专利技术中第一次微波辐射的功率为600～820w，例如700w、730w、760w、800w可以在保证反应速度的同时避免氧化石墨层断裂。在本专利技术的一些实施方式中，微波辐射可以在微波炉等微波设备中进行，第一次微波辐射的时间为20～55s，例如25s、30s、40s、50s。微波辐射处理氧化石墨随着反应时间的加长，氧化石墨膨胀的过程分为两个阶段，第一阶段氧化石墨的体积会随着辐射时间的加长而增大，第二阶段在微波辐射时间过长时，部分氧化石墨会被灼烧而断裂，氧化石墨的体积会逐渐变小。本专利技术中第一次微波辐射的时间为20～55s，例如25s、30s、40s、50s，保证了氧化石墨达到了比较大的膨胀程度且不会出现灼烧现象。当微波功率本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备还原氧化石墨烯的方法，其特征在于，对氧化石墨进行第一次微波辐射，冷却，对冷却后的所述氧化石墨进行第二次微波辐射。

【技术特征摘要】
1.一种制备还原氧化石墨烯的方法，其特征在于，对氧化石墨进行第一次微波辐射，冷却，对冷却后的所述氧化石墨进行第二次微波辐射。2.如权利要求1所述的制备还原氧化石墨烯的方法，其特征在于，所述第一次微波辐射的功率为600～820w，优选为700～820w。3.如权利要求2所述的制备还原氧化石墨烯的方法，其特征在于，所述第一次微波辐射的时间为20～55s，优选为30～50s。4.如权利要求1所述的制备还原氧化石墨烯的方法，其特征在于，所述第二次微波辐射的功率为600～820w，优选为700～820w。5.如权利要求4所述的制备还原氧化石墨烯的方法，其特征在于，所述第二次微波辐射时间为20～55s，优选为30～50s。6.如权利要求1所述的制备还原氧化石...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹雪锋，向斌，张胜涛，陈际达，李文坡，强玉杰，陈凤，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50