一种制备石墨烯的方法技术

本发明专利技术提供一种制备石墨烯的方法，包括：在可挥发性液体环境中，使氧化石墨烯与RBH4和含有变价金属离子的化合物后反应得到石墨烯，所述RBH4为NaBH4、KBH4、RuBH4、NH4BH4中的一种或多种。与现有技术相比，本发明专利技术在还原氧化石墨烯的过程中，引入含有变价金属离子的化合物辅助进行反应。实验结果表明，本发明专利技术可以制备质量良好的石墨烯，并且反应条件温和，不需要使用有毒和危险的试剂。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及石墨烯，具体涉及。
技术介绍
石墨烯(Graphene)是单原子厚度的二维碳原子晶体，为目前人工制得的最薄物 质(厚度仅为3. 35 A )，它被认为是富勒烯、碳纳米管和石墨的基本结构单元。自由态的二 维晶体结构一直被认为热力学不稳定，不能在普通环境中独立存在。直至2004年，英国曼 彻斯特大学的Geim等人首次用机械剥离法从石墨中剥离出单层石墨烯，实现了其在空气 中的无支撑悬浮。研究发现，石墨烯独特的结构给它带来了很多新颖和特殊的性质。例如，石墨烯具 有高的力学性能、高热导率、特殊的电磁性和大的比表面积等各种优点。目前，有关石墨烯 的研究已经成为材料科学领域中最前沿和热门的课题之一。现有技术中，已经公开了多种石墨烯的制备方法，包括机械微劈裂法、取向附生 法、化学气相沉积法、氧化石墨烯GO还原法。其中，机械微劈裂法是指直接将石墨烯薄片从 较大的晶体上剪裁下来。取向附生法的基本原理是利用生长基质原子结构“种”出石墨烯 来。化学气相沉积法是通过加热单晶6H-SiC脱除Si，从而在单晶(001)面上分解出石墨烯 片层。上述三种方法的主要缺点是成本高和可控性差，不适合于大规模制备石墨烯。氧化 石墨烯还原法是将氧化石墨烯通过化学还原的方法制备出石墨烯，与前几种方法相比，氧 化石墨烯还原法的主要优点是成本低，适合大面积生产石墨烯，是目前最为关注的制备石 墨烯的方法之一。现有技术中公开的氧化石墨烯还原法一般都需要比较苛刻的条件，如需高温、高 压或高真空等条件，或者需要使用有毒危险的试剂，如二甲基胼、胼、二氯亚砜、浓硫酸等。 由于现有技术中公开的氧化石墨烯还原法存在上述的缺点，因此其应用受到了较大的限 制。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题在于提供，与现有技术相比，本专利技术 无需使用有毒或危险的试剂，在条件温和的条件下制备出石墨烯。为了解决以上技术问题，本专利技术提供，包括在可挥发性液体环境中，使氧化石墨烯与RBH4和含有变价金属离子的化合物反应 得到石墨烯，所述RBH4为NaBH4、KBH4, RuBH4, NH4BH4中的一种或多种。优选的，所述在可挥发性液体环境中使氧化石墨烯与RBH4和含有变价金属离子的 化合物后反应得到石墨烯包括a)提供氧化石墨烯分散液，所述氧化石墨烯分散液包括可挥发性液体和分散在所 述可挥发性液体中的氧化石墨烯；b)向所述氧化石墨烯分散液中加入RBH4和含有变价金属离子的化合物后反应得到石墨烯。优选的，所述变价金属离子包括Mn离子、Ni离子和Co离子中的一种或多种。优选的，所述含有变价金属离子的化合物包括MnCl2、Mn(NO3)2^ MnO2, γ-MnOOH、 KMnO4, NiCl2, CoCl2 中的一种或多种。优选的，所述步骤b)中的反应温度为80°C 120°C。优选的，所述可挥发性液体包括水，含水的液体、含乙醇的液体、含芳香族的液体 或者它们的混合液体。优选的，所述步骤b)中的反应时间为至少30min。优选的，还包括将步骤b)反应后的产物进行过滤、洗涤和干燥的步骤。优选的，还包括将所述干燥后的产物去除金属离子的步骤。优选的，在所述去除金属离子的步骤后还包括洗涤去除金属离子的产物、过滤和干燥的步骤本专利技术提供了一种石墨烯的制备方法，本专利技术在可挥发性液体环境中，使氧化石 墨烯与RBH4和含有变价金属离子的化合物反应得到石墨烯。与现有技术相比，本专利技术在还 原氧化石墨烯的过程中，引入含有变价金属离子的化合物辅助进行反应，由于RBH4将醚氧 键变成羟基并将大部分的羟基还原，而变价金属离子中，低价态的离子可以直接将羟基还 原、高价态的将氧元素从-2价氧化成氧气，最终得到石墨烯。实验结果表明，本专利技术可以制 备质量良好的石墨烯，并且反应条件温和，不需要使用有毒和危险的试剂。附图说明图1为本专利技术制备的石墨烯的XRD衍射图；图2为本专利技术制备的石墨烯的拉曼光谱图；图3为本专利技术制备的石墨烯的红外光谱图；图4为氧化石墨烯的SEM图；图5为本专利技术比较例3制备的石墨烯的SEM图；图6为本专利技术实施例1制备的石墨烯的SEM图；图7为本专利技术实施例1制备的石墨烯的AFM图具体实施例方式为了进一步了解本专利技术，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，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的 限制。本专利技术提供，包括在可挥发性液体环境中，使氧化石墨烯与RBH4和含有变价金属离子的化合物反应 得到石墨烯，所述RBH4为R为NaBH4、KBH4, RuBH4, NH4BH4中的一种或多种。按照本专利技术，所述可挥发性液体的作用是作为反应介质，为氧化石墨烯的还原反 应提供反应环境，即使几种原料充分的接触。所述可挥发性液体的具体例子如水，含水的液 体、含乙醇的液体、含芳香族的液体或者它们的混合液体，但不限于此。优选的，所述可挥发 性液体为水。所述含有变价金属离子的化合物中的变价金属离子是指含有多个离子价态的金属离子，具体例子如Co离子、Mn离子和Ni离子，但不限于此。所述含有变价金属离子化合 物可以是这些金属离子的氧化物或盐，具体例子如MnCl2、Mn (NO3) 2、MnO2, y -MnOOH、KMnO4, NiCl2, CoCl2中的一种或多种，但不限于此。按照本专利技术，对于几种反应原料的比例，本专利技术并无特别限制，优选的，所述氧化 石墨烯RBH4 含有可变价金属离子换合物按照质量比优选为0.5 1.5 7 9 1 3，更优选为0. 7 1. 2 7 9 1 3，更优选为0. 7 1. 2 7. 5 8. 5 1 3。按照本专利技术，所述氧化石墨烯优选使用氧化石墨烯纳米片。氧化石墨烯可以按 照现有技术中公开的方法制备，如文献W. S. Hummers and R. Ε. Offeman, Preparation of graphitic oxide. J. Am. Chem. Soc.，1958，80，1339.中公开的方法将石墨粉氧化成氧化石 墨烯G0。氧化石墨烯也可以从市场上公开销售购得，对此本专利技术并无特别限制。按照本专利技术，所述在可挥发性液体环境中，使氧化石墨烯与RBH4和含有变价金属 离子的化合物反应得到石墨烯包括a)提供氧化石墨烯分散液，所述氧化石墨烯分散液包括可挥发性液体和分散在所 述可挥发性液体中的氧化石墨烯；b)向所述氧化石墨烯分散液中加入RBH4和含有变价金属离子的化合物后反应得 到石墨烯。按照本专利技术，所述氧化石墨烯分散液是将氧化石墨烯分散到可挥发性液体中得 到。具体例子如，将氧化石墨分散于水中得到第一混合液，超声处理，超声处理时间优选为 至少lOmin，更优选为至少20min，更优选为25min 40min，更优选为27min 35min。调 整所述第一混合液的PH值到9 10，具体例子可以使用Na2CO3溶液滴加到所述第一混合 液中，将所述第一混合液的PH值调整到9 10，Na2CO3溶液的浓度没有特别限制。调整所 述第一混合液的PH值后，搅拌得到分散在液体中的氧化石墨纳米片。按照本专利技术，步骤b)中的反应温度优选为至少50°C，更优选为至少60°C，更优选 为至少70°C，更优选为至少80°C，更优选为85°C 110°C，更优选为90°本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种制备石墨烯的方法，其特征在于，包括：在可挥发性液体环境中，使氧化石墨烯与ＲＢＨ４和含有变价金属离子的化合物反应得到石墨烯，所述ＲＢＨ４为ＮａＢＨ４、ＫＢＨ４、ＲｕＢＨ４、ＮＨ４ＢＨ４中的一种或多种。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓晶，陈彩凤，陈婷婷，王洪玲，
申请(专利权)人：北京师范大学，北京师大科技园科技发展有限责任公司，
类型：发明
国别省市：11