專利名稱：液相還原制備石墨烯的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石墨烯的制備方法，具體地說，涉及一種“液相還原法”制備石墨 烯的方法。
背景技術(shù)：
石墨烯是由碳原子以六元蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)構(gòu)成的二維原子結(jié)構(gòu)，其厚度為 0. 336 1.4nm，是構(gòu)建多維碳材料(如零維富勒烯、一維碳納米管、三維石墨等)的基礎(chǔ)材 料。目前，制備石墨烯的方法主要有“微機械法”(Novoselov KS, Jiang D，Schedin F，et al.Two-dimensionalatomic crystals. Proc Natl Acad Sci 2005 ；102 10451-10453.)； “外延生長法” (Evans, J. W.，Thiel，P.A. ；Bartelt,M. C. Sur. Sxci. Rep. 2006,61,1.) ；"SiC 熱角軍法” (Berger C, Song Z Μ, Li X B, et al. Electron confinement and coherence in patterned epitaxial grapheme. Science 2006 ;312 :1191_1196)和“激光解離吸附法，，(US Patent Application Appl No. 11/243, 285)；化學(xué)法(SungjinPark, Rodney S. Ruoff. Chemical methods for the production of graphenes. NNano 2009 ；58 1~8)等。目前，采用化學(xué)還原制備石墨烯的途徑是通過還原劑(如聯(lián)氨、二甲胼、對苯二 酚、NaBH4)在較低溫度下(< 80°C )進行長時間(> 18小時)的化學(xué)還原反應(yīng)從而得到 石墨烯，存在著反應(yīng)時間長、還原劑用量高、高毒性等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種制備石墨烯的方法，克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。本發(fā)明所說的制備石墨烯的方法，其主要步驟是將氧化石墨置于極性有機溶劑 中，經(jīng)至少一次超聲分散，每次超聲分散的時間為10分鐘 60分鐘，得懸浮分散液，將所得 懸浮分散液于160°C 400°C狀態(tài)下保持0. 5小時 10小時，冷卻后得目標(biāo)物。其中所說的極性有機溶劑自選常壓(1大氣壓)下，在160°C 400°C溫度下為 液態(tài)的烴類(環(huán)己烷或正丁烷等)、酮類(苯亞甲基丙酮、苯乙酮或N-甲基-2-吡咯烷酮 等)或酯類(甲基丙烯酸酯、1，4_ 丁內(nèi)酯或鄰苯二甲酸二甲酯等)化合物中一種或二種以 上混合物；所說的氧化石墨是指以選自天然鱗片石墨、膠體石墨或超細(xì)石墨粉中一種、二種 或二種以上混合物為原料，以 HN03、Cr03、KMnO4、(NH4) 28208、Pb02、Mn02、HC104、MeC104、As205、 Na2O2、H2O2或N2O5中一種、二種或二種以上混合物為氧化劑，以H2S04、HN03、H3P04、H3As04、HF、 H2SeO4, H4P2O7, HClO4, CF3COOH, HSO3F, HIO4, H5IO6, HAuCl4 或 H2PtCl6 中一種、二種或二種以 上混合物為插層劑，采用現(xiàn)有技術(shù)(Brodie, B. C. Ann. Chim. Phys. 1860，59，466 ；Hummers, W. S. ；Offeman, R. E. J. Am. Chem. Soc. 1958，80，1339.)制得。在本發(fā)明的一個優(yōu)選的技術(shù)方案中，每毫升極性有機溶劑中含有0. OOlmg 5mg 氧化石墨；當(dāng)采用超聲波分散方式進行分散時，推薦使用的超聲波頻率為IOMHz 80MHz。


圖1由實施例1制備的石墨烯的TEM圖；圖2由實施例2制備的石墨烯的TEM圖。
具體實施例方式以N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)為溶劑為例，本發(fā)明所說的液相還原制備方法的主 要步驟是在攪拌條件下，將0. 5g氧化石墨加入到500ml N-甲基-2-吡咯烷酮中，超聲分 散10分鐘 60分鐘得懸浮分散液，將所得懸浮分散液加熱至160°C 20(TC，在該溫度保 持0. 5小時 10小時后得目標(biāo)物。本發(fā)明具有如下特點(1)本發(fā)明提供的石墨烯制備方法具有較高的得率，可到3mg/ml。(2)本發(fā)明提供的制備石墨烯法無需添加聯(lián)氨類還原劑，操作簡單，對設(shè)備要求 低，對環(huán)境友好，應(yīng)用范圍廣泛，結(jié)合了氧化石墨烯的還原與其在基體中的分散于一體，簡 化了制備工藝，提高了產(chǎn)量。下面通過實施例對本發(fā)明作進一步說明，其目的僅在于更好理解本發(fā)明的內(nèi)容。 因此，本發(fā)明的保護范圍不受所舉之例的限制。實施例1取0. 5g 氧化石墨[以鱗片石墨(Aldrich product 332461，batch number 06106DE)為原料，按 Brodie，B. C. Ann. Chim. Phys. 1860，59，466 ；Hummers, W. S. ；Offeman, R. Ε. J. Am. Chem. Soc. 1958，80，1339.所記載的方法制得]在攪拌條件下加入到500ml N-甲 基-2-吡咯烷酮(NMP)中，超聲分散(超聲波頻率為IOMHz 80MHz) 30分鐘 60分鐘后 加熱至200°C，在該溫度保持0. 5小時 2小時后得到黑色懸浮液，即得目標(biāo)物。目標(biāo)物的 TEM圖見圖1。實施例2將制備的氧化石墨紙(以實例1中氧化石墨為原料，10mg/ml水溶液超聲1小時后 經(jīng)微孔過濾膜，在20°C 140°C、壓力為6X KT1Pa IX IO3Pa下過濾、干燥得)直接加入 至溫度為180°C的NMP溶劑中，在該狀態(tài)保持10分鐘 30分鐘，冷卻至室溫，超聲分散(超 聲波頻率)為2小時 10小時，即得目標(biāo)物。目標(biāo)物的TEM圖見圖2。
權(quán)利要求
一種制備石墨烯的方法，其主要步驟是將氧化石墨置于極性有機溶劑中，經(jīng)至少一次超聲分散，每次超聲分散的時間為10分鐘～60分鐘，得懸浮分散液，將所得懸浮分散液于160℃～400℃狀態(tài)下保持0.5小時～10小時，冷卻后得目標(biāo)物。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中每毫升極性有機溶劑中含有0.OOlmg 5mg氧化石墨。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，其中所說的極性有機溶劑是在常壓及 160°C 400°C溫度條件下為液態(tài)的烴類、酮類、酯類化合物中一種或二種以上混合物。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，其中所說的極性有機溶劑是環(huán)己烷、正丁、 苯亞甲基丙酮、苯乙酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、甲基丙烯酸酯、1，4_ 丁內(nèi)酯或/和鄰苯二甲酸二甲酯。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中用于超聲分散的超聲波頻率為IOMHz 80MHz。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種石墨烯的制備方法。所說制備方法的其主要步驟是將氧化石墨置于極性有機溶劑中，經(jīng)至少一次超聲分散，每次超聲分散的時間為10分鐘～60分鐘，得懸浮分散液，將所得懸浮分散液于160℃～400℃狀態(tài)下保持0.5小時～10小時，冷卻后得目標(biāo)物。本發(fā)明具有無需添加聯(lián)氨類還原劑、操作簡單、對設(shè)備要求低及對環(huán)境友好等優(yōu)點。
文檔編號C01B31/04GK101927997SQ200910053728
公開日2010年12月29日 申請日期2009年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月25日
發(fā)明者張國勛, 張霞, 沙金, 王艷允, 謝林生, 韓晶杰, 馬玉錄 申請人:華東理工大學(xué)