功能化石墨烯纳米片材及其制备方法技术

本发明专利技术公开了功能化石墨烯纳米片材及其制备方法，其中所述制备方法包括：将石墨加入有机碱金属盐溶液中，通过外场作用获得石墨烯。本发明专利技术的制备方法可通过调控有机碱金属溶液及外场大小实现对石墨烯片材的结构、层数及功能化密度的控制，同时产率高，消耗和成本低，绿色环保。绿色环保。绿色环保。

【技术实现步骤摘要】
功能化石墨烯纳米片材及其制备方法


[0001]本专利技术涉及石墨烯制备方法的


技术介绍

[0002]目前石墨烯的制备方法主要有化学还原氧化石墨法、气相沉积法、超声分散剥离法、电化学法、SiC外延生长法、弧放电法、模板法等等，利用这些方法可以制备出不同形貌、尺寸和结构的石墨烯。但是，石墨烯的更多实际应用开发仍需实现大规模、绿色环保、工艺简洁、可重复制备出结构规整、厚度和尺寸可控的高质量石墨烯材料，而现有技术中缺乏这样的制备方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提出一种工艺简洁、绿色环保、低成本且高效的石墨烯纳米片材制备方法，其可获得功能化的纳米石墨烯。
[0004]本专利技术首先提供了如下的技术方案：
[0005]功能化石墨烯纳米片材的制备方法，其包括：将石墨加入有机碱金属盐溶液中，通过外场作用获得石墨烯。
[0006]其中作为原料的石墨优选为高纯石墨。
[0007]根据本专利技术的一些优选实施方式，所述有机碱金属盐选自水溶性有机碱金属盐。
[0008]根据本专利技术的一些优选实施方式，所述有机碱金属盐选自具有以下分子式的化合物中的一种或多种：
[0009]M[(R
F
SO2)2N]、R1(C3H4N2)R2BF4、R1(C3H4N2)R2PF6,
[0010]其中，R
F
＝CF3,C2F5或C4F9；M＝Li,Na,K,Rb或Cs；R1或R2＝CH3、C2H5,C3F7或C4H9。r/>[0011]根据本专利技术的一些优选实施方式，所述有机碱金属盐选自1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、烷基胺碱金属盐、三氟乙酰丙酮钾和1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐中的一种或多种。
[0012]根据本专利技术的一些优选实施方式，所述有机碱金属盐溶液中有机碱金属盐与水的摩尔比为1:2-20，优选为1:9-11。
[0013]根据本专利技术的一些优选实施方式，有机碱金属盐与水的体积比为1:4-1:8。
[0014]根据本专利技术的一些优选实施方式，所述外场选自电场、超声场及微波场中的一种或多种。
[0015]根据本专利技术的一些优选实施方式，所述外场为电压不超过20v的电场。
[0016]根据本专利技术的一些优选实施方式，所述外场为功率为500W～1000W的超声场或微波场。
[0017]根据本专利技术的一些优选实施方式，所述微波场由波长为1m～1mm且频率为300MHZ～300GHZ的微波形成。。
[0018]根据本专利技术的一些优选实施方式，所述的制备方法包括以下步骤：
[0019]获得有机碱金属盐水溶液；
[0020]将高纯石墨分散于所述有机碱金属盐水溶液中，向该水溶液施加外场作用；
[0021]将通过步骤(2)获得的混合液进行离心分离，并对分离得到的沉淀物进行清洗、干燥；
[0022]其中，所述外场选自电场、微波场和/或超声波场。
[0023]根据本专利技术的一些优选实施方式，所述步骤(3)中离心分离的速率为1000-20000r/min。
[0024]根据本专利技术的一些优选实施方式，所述离心分离的时间为5-30min。
[0025]根据本专利技术的一些优选实施方式，所述清洗使用的清洗剂选自乙醇、乙酸乙酯和去离子水中的一种或多种。
[0026]根据本专利技术的一些优选实施方式，所述清洗包括在超声分散的过程。
[0027]根据本专利技术的一些优选实施方式，所述超声分散的时间为5-30min。
[0028]本专利技术进一步提供了通过上述任一种制备方法制得得到的功能化石墨烯纳米片材。
[0029]根据本专利技术的具体实施方式，该功能化石墨烯纳米片材尺寸小于2μm、厚度小于3nm，层数在八层以下，以2-5层为主，其石墨烯面及边缘嫁接有丰富的烷基链和含氧基团。
[0030]根据本专利技术的具体实施方式，该功能化石墨烯纳米片材以石墨烯特有的蜂窝状结构与高密度修饰的无定型区域为主，具有非常好的分散稳定性，在有机物，如润滑油、高分子溶液等中，可再分散并保持超出时间稳定不沉淀。
[0031]本专利技术具备以下有益效果：
[0032]本专利技术的制备方法通过石墨，及同时具有电解和功能化修饰作用的有机碱金属盐水溶液，在外场作用下，即可绿色、高效地制备出石墨烯纳米片层，其制备过程简单，所需仪器设备搭建容易。
[0033]本专利技术的制备方法可用于高效制备功能化的固体纳米材料，解决其产率低、有污染和结构不易控制的问题，从而为制备固体纳米材料强化的复合材料提供了材料和技术保障，如石墨烯润滑油脂、石墨烯电池、石墨烯液晶材料和石墨烯复合材料等等。
[0034]本专利技术的制备方法可通过调控有机碱金属盐水溶液中有机碱金属盐和水的比例以及外场的大小，实现对石墨烯片材结构和层数的调控，并且可以控制功能化密度，产率达到90％以上。
[0035]本专利技术的制备方法通过有机碱金属盐水溶液的辅助不仅实现了石墨烯纳米片层制备过程中高密度地原位改性，可调控其物理化学性质，而且通过控制离心速率可以得到石墨烯量子点、单层/少层石墨烯和多层石墨烯，满足了不同领域应用的结构与性能需求。
[0036]本专利技术的制备方法中使用的有机碱金属盐水溶液可循环利用，在外场辅助下，制备过程不仅节能环保而且高产率，成功解决了制备纳米材料过程中的两大难题，具有低消耗、低成本、高产率和绿色环保等优点，符合近年来提倡的绿色、环保和高效制备的大趋势，不仅实现了石墨烯纳米片层的大规模制备，而且在制备过程中通过有机碱金属盐的物理和化学吸附作用原位改性石墨烯纳米片的方法简单有效、容易操作，解决限制石墨烯广泛应用和结构调控两大瓶颈问题，将会拓宽性能优异的石墨烯在更多领域的应用。
附图说明
[0037]图1为实施例1所得功能化石墨烯的高分辨透射电镜图。
[0038]图2为实施例2所得功能化石墨烯的高分辨透射电镜图。
[0039]图3为实施例2所得功能化石墨烯与原料石墨在润滑油中再分散和稳定性对比图。
[0040]图4为实施例3所得功能化石墨烯量子点的高分辨率与低分辨率透射电镜对比图。
[0041]图5为实施例4中外电压为5v时得到的功能化石墨烯的高分辨率与低分辨率透射电镜对比图。
[0042]图6为实施例4中外电压为10v时得到的功能化石墨烯的高分辨率与低分辨率透射电镜对比图。
[0043]图7为实施例4中外电压为15v时得到的功能化石墨烯的电子衍射花纹与低分辨率透射电镜对比图。
[0044]图8为实施例4通过调控外场大小获得的不同功能化石墨烯的X射线衍射花样图谱。
[0045]图9为实施例4中有机碱金属盐溶液配比为1:4所得功能化石墨烯的高分辨率与低分辨率透射电镜对比图。
[0046]图10为实施例4中有机碱金属盐溶液配比为1:6所得功能化石墨烯的高分辨率与低分辨率透射电镜对比图。
[0047]图11为实施例4中有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.功能化石墨烯纳米片材的制备方法，其特征在于：包括：将石墨加入有机碱金属盐溶液中，通过外场作用获得石墨烯。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述有机碱金属盐选自水溶性有机碱金属盐。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述有机碱金属盐选自具有以下分子式的化合物中的一种或多种：M[(R
F
SO2)2N]、R1(C3H4N2)R2BF4、R1(C3H4N2)R2PF6,其中，R
F
＝CF3,C2F5或C4F9；M＝Li,Na,K,Rb或Cs；R1或R2＝CH3、C2H5,C3F7或C4H9。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述有机碱金属盐选自1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、烷基胺碱金属盐、三氟乙酰丙酮钾和1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述有机碱金属盐溶液中有机碱金属盐与水的摩尔比为1:...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊小强，蔡猛，李小鹏，张广安，鲁志斌，林博，朱旻昊，
申请(专利权)人：广西柳工机械股份有限公司，
类型：发明
国别省市：