一种电化学制备低氧含量石墨烯的方法技术

本发明专利技术公开了一种电化学制备低氧含量石墨烯的方法，采用无毒害有机盐作为电解质对石墨箔进行电化学剥离，同时，双氧水作为一个助剥剂和保护剂，在剥离过程中，双氧水会产生气体帮助石墨烯的剥离，同时作为一个还原剂，与系统中的自由基反应，减少自由基与石墨烯反应，从而达到保护石墨烯的目的，最终得到质量较高、厚度为1.3‑3.2nm，最大横向尺寸可达8μm的低氧含量石墨烯产品。该过程条件温和，全过程无毒害试剂不仅对环境无污染，电解质和双氧水的引入，可以保证石墨烯的结构和性能不被破坏，操作简单，易于产业化；而且制备的石墨烯含氧量低。

A method of electrochemical preparation of graphene with low oxygen content

【技术实现步骤摘要】
一种电化学制备低氧含量石墨烯的方法
：本专利技术涉及碳材料
，具体涉及一种电化学制备低氧含量石墨烯的方法。
技术介绍
：石墨烯是由sp2杂化的碳原子键合成的蜂窝状的二维原子晶体。每个碳原子通过σ键与其它三个原子相连，剩余的P轨道电子形成π键，共轭的碳原子构成的六元环可看作其结构单元。石墨烯可以看作由碳原子及其共价键构成的原子尺寸网，巨大的共轭结构也被认为是多环芳烃。由于石墨烯具有超高的载流子迁移率、电导率、热导率、透光性、力学强度等诸多优点，使得它在锂离子电池、超级电容器、太阳能电池、海水淡化、发光二极管、传感器、储氢、催化剂载体、复合材料、涂料、生物支架材料、药物控制释放等领域有广泛的应用前景。石墨烯的制备方法对其品质和性能有很大影响。现有制备石墨烯的方法有很多，包括机械剥离石墨法、液相剥离法、溶剂热合成法、化学气相沉积法、外延生长法和电化学法等。在这些方法中，机械剥离法和晶体外延生长法制备效率比较低，目前难以满足大规模生产的需要；化学气相沉积法仅适用于电子器件和透明的导电薄膜，却不能满足储能材料及功能复合材料领域的大规模需求；氧化-还原法所制备的石墨烯通常含有较多的缺陷，且在制备过程中会产生大量的废水或废气，对环境造成严重污染；微波法制备的石墨烯产量少，尚不能实现大规模的工业化生产。
技术实现思路
：本专利技术的目的是提供一种电化学制备低氧含量石墨烯的方法，绿色环保，无毒害试剂，条件温和，操作简单，易于产业化，制备的石墨烯含氧量低。本专利技术是通过以下技术方案予以实现的：一种电化学制备低氧含量石墨烯的方法，该方法包括以下步骤：A)将电解质与去离子水混合，然后与双氧水混合配制成最终电解质溶液；所述电解质包括硫酸盐、苯磺酸盐及其衍生物、苯二磺酸盐及其衍生物、萘磺酸盐及其衍生物、萘二磺酸盐及其衍生物、芘磺酸盐及其衍生物、芘二磺酸盐及其衍生物；B)将石墨箔与对电极插入步骤A)得到的电解质溶液中，用电源施加电压5V-60V，电解，洗涤得到石墨烯初产物；C)将得到的石墨烯初产物干燥然后加水超声，静置，去除沉淀，得到低氧含量石墨烯产物。特别地，所述电解质选自苯磺酸钠、邻苯二磺酸钠、间苯二磺酸钠、对苯二磺酸钠、萘磺酸钠、萘-1，5-二磺酸钠、芘磺酸钠、对芘二磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、硫酸钠、硫酸铵、甲磺酸钠的一种以上。所述电解质溶液中电解质浓度为0.05mol/L-10.00mol/L。双氧水与溶解电解质的去离子水的体积比为(10ml-1000ml)：(20ml-1000ml)，最终得到溶液体积为30-2000ml。步骤B)电源包括交变电源、恒流电源、恒压电源、恒流恒压电源中的一种以上。步骤B)电解时间为5min-500min。所述超声，超声功率为1W-1000W；超声发生器包括超声波清洗机、超声波分散机、细胞粉碎机中的一种以上。本专利技术还保护所述的电化学制备低氧含量石墨烯的方法制备得到的低氧含量石墨烯及其应用，用于聚合物纳米复合材料、生物支架材料、光电功能材料、导电材料、导热材料、催化剂载体、涂料、触摸屏、可穿戴设备、发光二极管、太阳能电池、超级电容器、锂离子电池、传感器、太赫兹器件、集成电路、海水淡化、储氢、药物控制释放等领域。本专利技术的有益效果如下：本专利技术采用无毒害有机盐作为电解质溶液对石墨箔进行电化学剥离，既能帮助石墨箔剥离成石墨烯，又能在剥离过程中作为保护剂保护石墨烯不被氧化；同时，双氧水作为一个助剥剂和保护剂，在剥离过程中，双氧水会产生气体帮助石墨烯的剥离，同时作为一个还原剂，与系统中的自由基反应，减少自由基与石墨烯反应，从而达到保护石墨烯的目的。最终得到质量较高、厚度为1.3-3.2nm，最大横向尺寸可达8μm的低氧含量石墨烯产品。该过程条件温和，全过程无毒害试剂不仅对环境无污染，电解质和双氧水的引入，可以保证石墨烯的结构和性能不被破坏，操作简单，易于产业化；而且制备的石墨烯含氧量低。附图说明：图1为本专利技术实施例2中的石墨箔与石墨烯样品2#的XRD图谱；图2为本专利技术实施例2中的石墨箔与石墨烯样品2#的Raman图谱；图3为本专利技术实施例2中的石墨箔与石墨烯样品2#的XPS图谱；图4为本专利技术实施例2中的石墨烯样品2#的5um尺度的全貌TEM图谱；图5为本专利技术实施例2中的石墨烯样品2#的20nm尺度下的TEM图谱；图6为本专利技术实施例1中的石墨烯样品2#的20nm尺度下的TEM图谱；图7为本专利技术实施例1中的石墨烯样品2#的AFM图谱。具体实施方式：以下是对本专利技术的进一步说明，而不是对本专利技术的限制。实施例1：首先，将电解质苯磺酸钠溶于100ml去离子水，然后与100ml双氧水混合搅拌均匀，配制电解质溶液；最终得到电解质溶液中所述电解质苯磺酸钠浓度为0.1mol/L，然后将石墨箔与铂电极插入电解质溶液中，用电源施加电压30V，电解30min，用去离子水和无水乙醇依次洗涤数次，得到石墨烯初产物，真空干燥；随后加水超声30min，超声功率为40W，最后静置12h，去除沉淀，取上清液，最终得到氧含量为6.3％的石墨烯，厚度为2.4-3nm，横向尺寸3-8um。实施例2首先，将电解质萘-1，5-二磺酸钠溶于100ml去离子水，然后与100ml双氧水混合搅拌均匀，配制电解质溶液；最终得到电解质溶液中所述电解质苯磺酸钠浓度为0.2mol/L，然后将石墨箔与铂电极插入电解质溶液中，用电源施加电压20V，电解30min，用去离子水和无水乙醇依次洗涤数次，得到石墨烯初产物，真空干燥；随后加水超声30min，超声功率为40W，最后静置12h，去除沉淀，取上清液，最终得到氧含量为4％的石墨烯。厚度为1.7-2.8nm，横向尺寸3-5um。实施例3：首先，将电解质硫酸铵溶于100ml去离子水，然后与100ml双氧水混合搅拌均匀，配制电解质溶液；最终得到电解质溶液中所述电解质苯磺酸钠浓度为0.3mol/L，然后将石墨箔与铂电极插入电解质溶液中，用电源施加电压30V，电解30min，用去离子水和无水乙醇依次洗涤数次，得到石墨烯初产物，真空干燥；随后加水超声30min，超声功率为40W，最后静置12h，去除沉淀，取上清液，最终得到氧含量为7.5％的石墨烯，厚度为1.5-2.4nm，横向尺寸2-5um。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电化学制备低氧含量石墨烯的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/nA)将电解质与去离子水混合，然后与双氧水混合配制成最终电解质溶液；所述电解质包括硫酸盐、苯磺酸盐及其衍生物、苯二磺酸盐及其衍生物、萘磺酸盐及其衍生物、萘二磺酸盐及其衍生物、芘磺酸盐及其衍生物、芘二磺酸盐及其衍生物；/nB)将石墨箔与对电极插入步骤A)得到的电解质溶液中，用电源施加电压5V-60V，电解，洗涤得到石墨烯初产物；/nC)将得到的石墨烯初产物干燥然后加水超声，静置，去除沉淀，得到低氧含量石墨烯产物。/n

【技术特征摘要】
1.一种电化学制备低氧含量石墨烯的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
A)将电解质与去离子水混合，然后与双氧水混合配制成最终电解质溶液；所述电解质包括硫酸盐、苯磺酸盐及其衍生物、苯二磺酸盐及其衍生物、萘磺酸盐及其衍生物、萘二磺酸盐及其衍生物、芘磺酸盐及其衍生物、芘二磺酸盐及其衍生物；
B)将石墨箔与对电极插入步骤A)得到的电解质溶液中，用电源施加电压5V-60V，电解，洗涤得到石墨烯初产物；
C)将得到的石墨烯初产物干燥然后加水超声，静置，去除沉淀，得到低氧含量石墨烯产物。


2.根据权利要求1所述电化学制备低氧含量石墨烯的方法，其特征在于，所述电解质选自苯磺酸钠、邻苯二磺酸钠、间苯二磺酸钠、对苯二磺酸钠、萘磺酸钠、萘-1，5-二磺酸钠、芘磺酸钠、对芘二磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、硫酸钠、硫酸铵、甲磺酸钠的一种以上。


3.根据权利要求1或2所述电化学制备低氧含量石墨烯的方法，其特征在于，电解质溶液中所述电解质浓度为0.05mol/L-10.00mol/L。


4.根据权利要求1或2所述电化学制备低氧含量石墨烯的方法，其特征在于，电解质溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：张坚，刘建，张哲泠，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西;45