一种大规模、可操控、低成本的石墨烯制备方法技术

本发明专利技术公开了一种大规模、可操控、低成本的石墨烯制备方法。该石墨烯制备方法包括下述步骤：（1）将石墨与过氧化物的混合物加热，得到氧化石墨；（2）将碳酸氢铵与氧化石墨混合后，在微波设备中反应，即可。本发明专利技术的石墨烯制备方法成本低、工艺简单、方便快捷、产率高，适合大规模产业化应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
石墨烯是碳原子紧密堆积而形成的特殊蜂窝状单原子层。因其奇特的热学、力学、 电学性能而备受关注。对于石墨烯的研究目前已不仅仅局限在理论的层面，其已经应用于各种器件的制备，包括低能量高密度的电子器件、传感器件等。和其它准备大规模应用的新材料一样，石墨烯的制备和处理是石墨烯得以实际应用的前提。大规模、可操控、低成本制备石墨烯及用于复合材料、高性能薄膜等是石墨烯产业化应用的关键。目前，已有大量关于石墨烯的生长和剥离的制备工作被报道。其中，机械剥离法是当前可靠制备高质量石墨烯的常用方法。然而，这种方法制备所得的样品量非常少，从而限制了它的大规模应用。另外，也有文献报道用化学气相沉积法来制备石墨烯。虽然该方法可以满足规模化制备高质量石墨烯的要求，但成本较高、工艺复杂。近期，又有文献报道采用超高真空石墨烯外延生长法，但是这种方法的高成本以及小圆片的结构限制了其应用。
技术实现思路
本专利技术的目的就是要克服现有的石墨烯制备方法中成本高、工艺复杂的缺陷，提供了。该制备方法原料成本低廉、工艺步骤简单，适合石墨烯的大规模产业化生产和应用。本专利技术采用以下技术方案解决上述技术问题:本专利技术提供了，其包括下述步骤:( I)将石墨与过氧化物的混合物加热，得到氧化石墨；(2)将碳酸氢铵与氧化石墨混合后，在微波设备中反应，即可。步骤(I)中，所述的石墨可为本领域常规使用的各种石墨，较佳地为天然鳞片石墨和/或胶体石墨。所述的胶体石墨一般是指将天然鳞片石墨超微粉碎而成，其粒径较佳地为0.ΟΓ Ο μ m,更佳地为0.Γ μ m,最佳地为0.5 I μ m。步骤(I)中，所述的过氧化物较佳地为过氧化苯甲酰和/或叔丁基过氧化氢。步骤(I)中，所述的加热的温度较佳地为8(Tl20°C，所述的加热的时间较佳地为 5 30mino步骤(I)中，所述的加热较佳地在钢制防爆装置中进行。步骤(I)中，所述的加热结束后还可进行下列后处理步骤:冷却，洗涤，过滤，干燥。所述的冷却较佳地为自然冷却至1(T30°C;所述的洗涤较佳地用丙酮洗涤；所述的过滤较佳地采用离心过滤，所述的过滤的次数较佳地为3飞次；所述的干燥较佳地为在真空条件下干燥。步骤(I)中 ，所述的石墨与所述的过氧化物的质量比较佳地为20: f 1:20，更佳地为 10:1 1:10。步骤(2)中，所述的氧化石墨与所述的碳酸氢铵的质量比较佳地为10:广1:10，更佳地为5:广1:5。步骤(2)中，所述的将碳酸氢铵与氧化石墨混合后较佳地先进行研磨，所述的研磨的时间较佳地为60 120min。步骤(2)中，所述的微波设备较佳地为微波炉。所述的微波设备的功率较佳地为 500 1000W。步骤(2)中，所述的反应的时间较佳地为f lOmin。步骤(2)中，所述的反应结束后还可进行下列后处理步骤:洗涤，干燥。所述的洗涤较佳地用水洗涤。在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本专利技术各较佳实例。本专利技术所用试剂和原料均市售可得。本专利技术的积极进步效果在于:本专利技术的石墨烯制备方法成本低、工艺简单、方便快捷、产率高，适合大规模产业化应用。附图说明图1为实施例1的胶体石墨(a)、氧化石墨(b)和石墨烯(C)的拉曼光谱。图2为实施例1的石墨烯的透射电镜图。图3为实施例1的氧化石墨(a)和石墨烯(b)的原子力显微镜图。具体实施方式下面通过实施例结合附图对本专利技术作进一步详细说明，但并不因此将本专利技术限制在所述的实施例范围之内。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。实施例1(I)将0.5g胶体石墨(粒径为0.5^1 μ m)和IOg过氧化苯甲酰充分混合后碾磨均匀。将混合粉末在钢制防爆容器中于110°C加热10分钟。反应完全后，将混合物冷却至室温后用丙酮洗涤离心过滤3次。所得到的黑色粉末于真空中干燥得到氧化石墨，产率80%。(2)将0.2克氧化石墨和I克碳酸氢铵混合后碾磨均匀，在700W的微波炉中反应 2分钟。将所得的黑色固体水洗涤后真空干燥得到产物，产率为85%。拉曼光谱对于石墨电子结构改变有强的响应，因此常被用做表征石墨和石墨烯的有效手段。图1胶体原石墨(a)，氧化石墨(b)，以及石墨烯(C)的拉曼光谱图。在胶体石墨中，1580cm-1处G带峰对应于石墨的E2g模式，它和sp2碳原子的振动有关。在G带边上有个 1600CHT1处的肩峰，称为D’带，是和碳原子的缺陷程度相关。^OOcnT1处的D带对应于石墨的缺陷，2700(3!^1处可观察到2D带。尽管单独的D带和2D带不能用于石墨烯层数的表征， 但是也是石墨层电子结构变化的有力证据。与过氧化物进行反应以后，D带变强变宽，说明在 反应过程中石墨和过氧化物之间有电荷的传输，从而使石墨的缺陷增多。另外，和原胶体石墨相比，氧化石墨的ID/Ie大大增强，说明反应过程中有大量sp3碳原子产生。经过还原以后，与原胶体石墨相比，石墨烯的G带变宽，而、/^稍微有所增大。这一现象产生的原因是:面内的sp2结构因氧化和微波剥离而使其面积大幅降低；另外，石墨的晶体结构也被破坏,从而导致这一现象的产生。图2是石墨烯的透射电镜图:样品的制备是将样品溶液直接滴在碳网上真空干燥后观察。从图2中可以看出，本专利技术制得的石墨烯片层各部分区域颜色均一，这说明制得的石墨烯厚度均匀。原子力显微镜测试是表征石墨烯片层厚度的最有效方法之一，图3为氧化石墨 (a)和石墨稀(b)的原子力显微镜图。从图上可以看到，氧化石墨的闻度约为1.3nm (对应 a)。至于石墨烯，从图上可看到，其厚度约为0.5nm (对应b)。因此，本专利技术的方法可以得到充分剥离的单层石墨烯。实施例2( 1)将0.5g天然鳞片石墨和5g叔丁基过氧化氢充分混合后碾磨均匀。将混合粉末在钢制防爆容器中于90°C加热20分钟。反应完全后，将混合物冷却至室温后用丙酮洗涤离心过滤3次。所得到的黑色粉末于真空中干燥得到氧化石墨，产率85%。(2)将0.2克氧化石墨和2克碳酸氢铵混合后碾磨均匀，在1000W的微波炉中反应 5分钟。将所得的黑色固体水洗涤后真空干燥得到产物，产率为86%。实施例3(I)将0.5g胶体石墨(粒径为0.0Γ0.1 μ m)和0.1g叔丁基过氧化氢充分混合后碾磨均匀。将混合粉末在钢制防爆容器中于120°C加热30分钟。反应完全后，将混合物冷却至室温后用丙酮洗涤离心过滤3次。所得到的黑色粉末于真空中干燥得到氧化石墨，产率 78%ο(2)将0.2克氧化石墨和0.1克碳酸氢铵混合后碾磨均匀，在900W的微波炉中反应8分钟。将所得的黑色固体水洗涤后真空干燥得到产物，产率为80%。实施例4( 1)将0.5g天然鳞片石墨和0.5g过氧化苯甲酰充分混合后碾磨均匀。将混合粉末在钢制防爆容器中于80°C加热30分钟。反应完全后，将混合物冷却至室温后用丙酮洗涤离心过滤3次。所得到的黑色粉末于真空中干燥得到氧化石墨，产率80%。(2)将0.2克氧化石墨和2克碳酸氢铵混合后碾磨均匀，在500W的微波炉中反应 10分钟。将所得的黑色固体水洗涤后真空 干 燥得到产物，产率为88%。权利要求1.，其特征在于，其包括下述步骤:(1)将石墨与过氧化物的混合物加热，得到氧化石墨；(2)将碳酸氢铵与氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大规模、可操控、低成本的石墨烯制备方法，其特征在于，其包括下述步骤：（1）将石墨与过氧化物的混合物加热，得到氧化石墨；（2）将碳酸氢铵与氧化石墨混合后，在微波设备中反应，即可。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：钦琛，
申请(专利权)人：上海轻丰新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：