一种高导电石墨烯的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种石墨烯的制备方法，包括以下步骤，首先将石墨和小分子插层剂进行反应后，得到插层石墨；然后将上述步骤得到的插层石墨经过高温膨胀后，得到膨胀石墨；最后将上述步骤得到的膨胀石墨在剥离介质中进行剥离，得到石墨烯。本发明专利技术采用小分子插层‑高温膨胀‑机械剥离的工艺路线组合，能在温和条件下快速、低成本地制备石墨烯。而且本发明专利技术制备的石墨烯具有完整的片层结构，没有进行表面修饰，保持二维片层的本征特点，因而具有较好的导电性，可作为导电添加剂在锂电池、超级电容器、导电涂层等领域。

A Method for Preparing High Conductivity Graphene

The invention provides a preparation method of graphene, which includes the following steps: firstly, the intercalated graphite is obtained by reacting graphite with small molecule intercalating agent; secondly, the intercalated graphite obtained by the above steps is expanded at high temperature to obtain expanded graphite; finally, the expanded graphite obtained by the above steps is peeled in the peeling medium to obtain graphene. The invention adopts the combination of small molecule intercalation, high temperature expansion and mechanical peeling, and can rapidly and cheaply prepare graphene under mild conditions. Moreover, the graphene prepared by the invention has a complete lamellar structure, no surface modification, and maintains the intrinsic characteristics of the two-dimensional lamella, so it has good conductivity, and can be used as conductive additive in the fields of lithium battery, supercapacitor, conductive coating, etc.

【技术实现步骤摘要】
一种高导电石墨烯的制备方法
本专利技术属于石墨烯
，涉及一种高导电石墨烯的制备方法，尤其涉及一种高导电石墨烯的低温制备方法。
技术介绍
石墨烯(Graphene)是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。它是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。自2004年Geim等首次采用微机械剥离法制备出石墨烯以来，石墨烯就因其具有高导电性、高比表面积、高强度及高电子迁移率等优异的性能，引起了人们的广泛关注，进而也促进了石墨烯制备技术的快速发展。正是由于具有上述诸多的优异物理化学性质，其在储能材料，环境工程，灵敏传感方面被广泛应用，被称为“黑金”或是“新材料之王”，而且潜在的应用前景广大，目前已成为全世界的关注焦点与研究热点。然而在实际应用中，石墨烯还存在着诸多的问题和制约因素，石墨烯的制备就是制约石墨烯实际应用和发展的一个主要障碍。虽然至今科研人员已开发出众多的石墨烯制备方法。其中比较主流的方法有氧化石墨还原法、外延生长法和化学气相沉积法等。氧化石墨还原法是目前制备石墨烯的最佳方法之一。该方法操作简单、制备成本低，可以大规模的制备出石墨烯，但因其在制备过程中引入强氧化剂浓硫酸或高锰酸钾等，不可避免地破坏了石墨烯的晶格结构，引入大量缺陷，从而导致石墨烯本征性能的严重缺失。外延生长法和化学气相沉积法虽然能够得到晶格完整、少缺陷的高品质石墨烯，但其制备成本昂贵、产率低、制备工艺要求苛刻，无法满足大规模生产的商业需要。因而上述的这些制备方法还不能满足现实中高品质石墨烯产业化的要求。目前，在研究领域中，液相剥离法可以较好的保护石墨烯晶格的完整性，是一种具有良好发展前景的石墨烯制备方法。2013年ScientificReports上报道的一篇《FeCl3插层制备少层石墨烯》通过FeCl3插层石墨，后与过氧化氢化学膨胀的方法，制备了高品质的少层石墨，但插层反应需要在高温高压下进行，存在对设备要求高，反应危险和成本高等问题，而且也存在化学试剂污染的问题。因此，为了更好的实现石墨烯的商业应用，如何得到一种更环保的制备高品质石墨烯的方法，是领域内各研发企业所面临的关键性挑战和亟待解决的问题之一。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种高导电石墨烯的制备方法，特别是一种高导电石墨烯的低温制备方法，本专利技术提供的低温液相剥离法，能在温和条件下快速、低成本的得到具有更好的导电性能的石墨烯，可作为导电添加剂在锂电池、超级电容器等领域。本专利技术提供了一种石墨烯的制备方法，包括以下步骤：A)将石墨和小分子插层剂进行反应后，得到插层石墨；B)将上述步骤得到的插层石墨经过高温膨胀后，得到膨胀石墨；C)将上述步骤得到的膨胀石墨在剥离介质中进行剥离，得到石墨烯。优选的，所述小分子插层剂包括小分子高温可分解化合物；所述石墨包括石墨粉、鳞片石墨、人造石墨、可膨胀石墨和膨胀石墨中的一种或多种。优选的，所述小分子插层剂包括硫酸、硝酸、尿素、碳酸氢钠、碳酸二氢钠、碳酸氢二钠、草酸、磷酸、高氯酸、高碘酸和三氟甲磺酸中的一种或多种。优选的，所述石墨与小分子插层剂的质量比为1：(1～5)；所述反应的时间为10～30小时；所述反应的温度为0～40℃。优选的，所述石墨的粒度为50～10000目；所述石墨的碳含量大于等于70％。优选的，所述高温膨胀的温度为500～1200℃；所述高温膨胀的时间为5～60秒。优选的，所述剥离介质包括水、尿素水溶液、十二烷基苯磺酸钠水溶液、乙醇水溶液、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基亚酰胺、氢氧化四丁基铵、十二烷基磺酸钠水溶液、十二烷基硫酸钠水溶液、吐温80、十六烷基三甲基溴化铵、壬基酚聚醚、P-123和Dev2043中的一种或多种；所述石墨与所述剥离介质的质量比为1：(50～300)。优选的，所述剥离的时间为3～24小时；所述剥离的方式包括超声剥离、砂磨剥离、球磨剥离和剪切剥离中的一种或多种。优选的，所述剥离后还包括后处理步骤；所述后处理包括洗涤和/或干燥。本专利技术还提供了一种高导电石墨烯，由石墨经小分子高温可分解化合物插层，再经过高温膨胀和超声球磨剥离后得到。本专利技术提供了一种石墨烯的制备方法，包括以下步骤，首先将石墨和小分子插层剂进行反应后，得到插层石墨；然后将上述步骤得到的插层石墨经过高温膨胀后，得到膨胀石墨；最后将上述步骤得到的膨胀石墨在剥离介质中进行剥离，得到石墨烯。与现有技术相比，本专利技术针对现有的常规的石墨烯液相剥离法存在的高温高压缺陷，选择了低温常压的液相剥离法，创造性的采用小分子插层-高温膨胀-机械剥离的工艺路线组合，能在温和条件下快速、低成本地制备石墨烯。而且本专利技术制备的石墨烯具有完整的片层结构，没有进行表面修饰，保持二维片层的本征特点，因而具有较好的导电性，可作为导电添加剂在锂电池、超级电容器、导电涂层等领域。实验结果表明，本专利技术制备的高导电石墨烯，电导率大于50000S/m，能达到65000S/m。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的高导电石墨烯的原子力显微镜照片；图2为本专利技术实施例制备的高导电石墨烯通过原子力显微镜测得的厚度数据曲线。具体实施方式为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对专利技术权利要求的限制。本专利技术所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。本专利技术所有原料，对其纯度没有特别限制，本专利技术优选采用分析纯或石墨烯制备领域常规的纯度要求。本专利技术所有原料，其牌号和简称均属于本领域常规牌号和简称，每个牌号和简称在其相关用途的领域内均是清楚明确的，本领域技术人员根据牌号、简称以及相应的用途，能够从市售中购买得到或常规方法制备得到。本专利技术提供了一种石墨烯的制备方法，包括以下步骤：A)将石墨和小分子插层剂进行反应后，得到插层石墨；B)将上述步骤得到的插层石墨经过高温膨胀后，得到膨胀石墨；C)将上述步骤得到的膨胀石墨在剥离介质中进行剥离，得到石墨烯。本专利技术首先将石墨和小分子插层剂进行反应后，得到插层石墨。本专利技术对所述石墨的选择没有特别限制，以本领域技术人员熟知的石墨材料即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求以及质量要求进行选择和调整，本专利技术所述石墨优选包括石墨粉、鳞片石墨、人造石墨、可膨胀石墨和膨胀石墨中的一种或多种，更优选为石墨粉、鳞片石墨、人造石墨、可膨胀石墨或膨胀石墨。本专利技术对所述石墨粉的粒度没有特别限制，以本领域技术人员熟知的石墨粉的粒径即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求以及质量要求进行选择和调整，本专利技术所述石墨的粒度优选为50～10000目，更优选为100～5000目，更优选为500～3000目，最优选为1000～2000目。本专利技术对所述石墨的碳含量没有特别限制，以本领域技术人员熟知的石墨粉的碳含量即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求以及质量要求进行选择和调整，本专利技术所述石墨的碳含量优选大于等于70％，更优选大于等于80％，最优选为大于等于90％，具体可以为70％～95％，也可以为75％～90％，或者为78％～93％。本专利技术对所述小分子插层剂的选择没有特别限制，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A)将石墨和小分子插层剂进行反应后，得到插层石墨；B)将上述步骤得到的插层石墨经过高温膨胀后，得到膨胀石墨；C)将上述步骤得到的膨胀石墨在剥离介质中进行剥离，得到石墨烯。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A)将石墨和小分子插层剂进行反应后，得到插层石墨；B)将上述步骤得到的插层石墨经过高温膨胀后，得到膨胀石墨；C)将上述步骤得到的膨胀石墨在剥离介质中进行剥离，得到石墨烯。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述小分子插层剂包括小分子高温可分解化合物；所述石墨包括石墨粉、鳞片石墨、人造石墨、可膨胀石墨和膨胀石墨中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述小分子插层剂包括硫酸、硝酸、尿素、碳酸氢钠、碳酸二氢钠、碳酸氢二钠、草酸、磷酸、高氯酸、高碘酸和三氟甲磺酸中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述石墨与小分子插层剂的质量比为1：(1～5)；所述反应的时间为10～30小时；所述反应的温度为0～40℃。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述石墨的粒度为50～10000目；所述石墨的碳含量大于等于70％。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵永彬，张在忠，胡冰冰，程金杰，
申请(专利权)人：山东欧铂新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37