本发明专利技术公开了一种石墨烯及其制备方法。该方法，包括如下步骤：将氧化石墨分散于有机溶剂中得到氧化石墨的悬浮液，将格式试剂与所述氧化石墨的悬浮液混匀后回流反应，反应完毕后得到所述石墨烯。该法可以通过调节格氏试剂用量、反应时间和反应温度来调控石墨烯的质量。本发明专利技术原料来源丰富，价格低廉，操作容易，工艺简单，重现性好，适宜于规模化生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米材料
，具体涉及一种。
技术介绍
石墨烯是2004年英国科学家Geim等教授发现了由碳原子以sp2杂化连接的单原子层构成的新型二维原子晶体，其基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环(Science 2004，306，666-669)。石墨烯特殊结构蕴含了丰富而新奇的物理现象，使其表现出许多优异性质。例如，石墨烯的强度是已测试材料中最高的，达到130GPa，是钢的100多倍，其载流子迁移率达15000cm2 ^r1iT1,是目前已知的具有最高迁移率的锑化铟材料的两倍， 超过商用硅片迁移率的10倍以上，在特定条件下(如低温骤冷等)，其迁移率甚至可达 250000cm2 · T1 · s-1 ；其热导率可达5000W · m—1 · Γ1，是金刚石的3倍；还具有室温量子霍尔效应及室温铁磁性等特殊性质。因此，将少量石墨烯纳米填充到聚合物基体中，能改善聚合物基体的性能，如导电性、阻隔性能、机械性能以及导热性能等。目前石墨烯的制备方法主要有两大类倒置法(Bottom-Up graphene)和顺序法 (Top-Down graphene) (Macromolecules 2010，43，6515—6530)。在倒置法中，主要包括包括化学气相沉禾只法(chemical vapor deposition, CVD)禾口夕卜延生长法(epitaxial growth on SiC)。虽然这种方法能够制备出大尺寸、缺陷较少的石墨烯片层，但是其产率较低，适用于基本研究和电子方面的应用，不适用于需要大量石墨烯的聚合物复合材料领域。在顺序法中，主要包括微机械剥离法和还原法(化学还原和热还原法)。微机械剥离法的产率较低，不适用于石墨烯大规模的制备。由于氧化石墨来源丰富，可以实现大规模的制备及应用，所以还原法中以氧化石墨为原料，加入还原剂对其进行还原从而制备石墨烯的报道较多。目前报道对氧化石墨烯还原的方法主要有化学方法和热还原法。不论采用哪种还原方法，其目的是所得还原氧化石墨烯与原始石墨烯类似，并且能够满足不同领域的应用。热还原法即通过在惰性气体中快速加热氧化石墨烯到1100°c，可有效还原氧化石墨烯，但是这种方法需要高温条件，对设备和环境的要求较高。化学还原法是加入强还原剂如阱，二甲基阱等对氧化石墨烯进行还原反应，从而恢复石墨烯网结构完整性，赋予这种还原氧化石墨烯导电性。虽然阱的成本较低，但是阱剧毒、不易清除，会造成人身伤害、环境污染和设备损坏。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种。本专利技术提供的制备石墨烯的方法，包括如下步骤将氧化石墨分散于有机溶剂中得到氧化石墨的悬浮液，将格式试剂与所述氧化石墨的悬浮液混勻后回流反应，反应完毕后得到所述石墨烯。上述方法中，所述格式试剂的结构通式为R-MgX，其中，R为碳原子总数为1-10的烷基中的任意一种，优选甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基或异丁基，X为氟、氯、溴或碘。所述氧化石墨的粒径为1 200um，优选40 IOOum ；所述氧化石墨中，碳元素、氧元素和氢元素的摩尔比为6 2 4 1 3，优选6 2. 33 3. 7 1.2 2. 83，具体可为6 2.33-2.8 1.2-2. 3或6 2.8-3.7 2. 3-2. 83。所述氧化石墨的悬浮液中，氧化石墨的浓度为0. 1 20mg/mL，优选1 10mg/mL，具体可为4-10mg/mL、4-6mg/mL、5-6mg/ mL、5-1Omg/mL、6-1Omg/mL、1-4mg/mL、1-5mg/mL、1_6mg/mL 或 4_5mg/mL。所述格氏试剂与所述氧化石墨的投料摩尔用量比为0.1 1 20 1，优选 1 1 10 1，具体可为1-5 1,1-6 1,5-10 1或6-10 1，其中，所述氧化石墨的摩尔量按其中含有氧原子的摩尔用量计算。所述回流反应步骤中，温度为40 150°C，优选40-120°C，具体可为40_120°C、 40-90°C或90-120°C ；时间为0. 5 96小时，优选4 48小时，具体可为8_48小时、8_20 小时、8-10小时、10-48小时、10-20小时或20-48小时。所述回流反应在惰性气氛中进行；所述惰性气氛为氮气或氩气；所述有机溶剂选自碳原子总数为5 10的烷烃、碳原子总数为6 9的芳香烃、 碳原子总数为6 9的环烷烃、碳原子总数为2 12的醚和四氢呋喃中的至少一种，优选四氢呋喃、己烷、庚烷、癸烷、乙醚、正丙醚、丁醚、异丙醚、戊醚、二异戊醚、甲苯、二甲苯和环己烷中的至少一种。所述制备石墨烯的方法还包括如下步骤在所述回流反应步骤之后，将反应产物用所述有机溶剂洗涤后再真空干燥。所述洗涤步骤中，次数为3-5次；所述真空干燥步骤中，温度为40 100°C，优选50 70°C，具体可为50_60°C或60_70°C，真空度为0. 1 0. OlMPa,优选0. 05 0. OlMPa,更优选0. OlMPa,时间为1-72小时，优选10 M小时，具体可为10-20小时、10-15小时、15-24小时、15-20小时或20-24小时。按照上述方法制备得到的石墨烯，也属于本专利技术的保护范围。该石墨烯的导电率为 6. 10X102S/m 至 6. 80X 103S/m，具体可为 6. 10X102S/m 至 9. 83X 102S/m、6. IOXlO2S/ m 至 6. 05X 103S/m、6. IOX 102S/m 至 6. 80X 103S/m、9. 83X 102S/m 至 6. 05X 103S/m、 9. 83X 102S/m 至 6· 80 X 103S/m、6. 05 X 103S/m 至 6. 80X 103S/m 或 2. 55X 103S/m 至 6. 80Xl(fS/m。本专利技术提供的制备石墨烯的方法，是利用格氏试剂还原氧化石墨制备而得。该方法具有以下优点1.本专利技术提供的石墨烯，肉眼观察为黑色粉末，高分辨透射电子显微镜观察使片状结构，片状结构的局部有些褶皱。2.本专利技术可以实现调控石墨烯的质量(包括石墨烯片层上功能基团的数目、片层与片层之间的间距以及片层的大小等)，即通过调节格氏试剂与氧化石墨的摩尔用量、有机溶剂的种类、反应时间以及反应温度等。3.本专利技术提供的石墨烯具有较高的导电性，并且可以作为烯烃聚合催化剂的载体来实现原位聚合制备聚烯烃/石墨烯复合材料。4.本专利技术采用的格氏试剂还原法制备的石墨烯，与已有技术相比，其最大特点是原料来源丰富，价格低廉，对环境污染和设备损坏较低，实验重现性好，适宜于规模化生产。附图说明图1化学还原法制备的石墨烯场发射扫描电子显微镜照片(实施例1)图2化学还原法制备的石墨烯的13C固体核磁谱图(实施例1)图3化学还原法制备的石墨烯高分辨透射电子显微镜照片(实施例2)图4化学还原法制备的石墨烯Cls光电子能谱图(实施例2)图5化学还原法制备的石墨烯典型的激光拉曼光谱图(实施例3)。图6化学还原法制备的石墨烯的X射线衍射曲线(实施例4)。图7化学还原法制备的石墨烯的13C固体核磁谱图(实施例5)。图8化学还原法制备的石墨烯的热失重分解曲线(实施例5)。具体实施例方式下面结合具体实施例对本专利技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：董金勇，黄英娟，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：
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