專利名稱：一種石墨單層片溶液及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石墨單層片溶液及其制備方法。
背景技術(shù)：
石墨單層片(graphene)，俗稱石墨烯，由于其電學(xué)、熱學(xué)以及機(jī)械性能等方面的優(yōu)勢(shì)，近年來倍受科研工作者的關(guān)注?；谑珕螌悠牟牧虾推骷趦?chǔ)能材料、生物傳感、氣體吸附及催化材料等諸多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。而作為這些材料和器件的構(gòu)筑基元，石墨單層片能否實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量高產(chǎn)量的制備，也就成為這些材料和器件真正走向生產(chǎn)與應(yīng)用的瓶頸和基石(Dreyer, D. ；Park, S. ；Bielawski, C. Chem. Soc. Rev. 2010，39， 228-240)。目前，石墨單層片的制備方法主要可以分為五種化學(xué)氣相沉積法、機(jī)械剝離法、 外延生長(zhǎng)法、化學(xué)合成方法和化學(xué)還原法。在這些方法中，前三種屬于物理方法，后兩種為化學(xué)方法。物理方法雖然可以獲得較為完美的石墨單層片，但產(chǎn)率低、成本較高、不適宜大量生產(chǎn)；化學(xué)合成方法，多環(huán)芳烴的合成步驟多、產(chǎn)率低、不能合成面積較大的石墨單層片； 而化學(xué)還原法，即還原石墨單層片氧化物方法，是目前唯一能夠?qū)崿F(xiàn)大量制備石墨單層片的方法，但這種方法也存在一定的不足制備的石墨單層片存在一定缺陷，并且表面的含氧官能團(tuán)也很難完全去除。文獻(xiàn)(Nethravathi，C.；Rajamathi, M. Carbon 2008，46，1994-1998)提出采用溶劑熱法還原石墨單層片氧化物。溶劑熱法是指通過在密封的壓力容器中，將原料分散在有機(jī)溶劑中，然后在高溫高壓的條件下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，是一種綠色的液相還原石墨單層片氧化物的方法。溶劑熱法作為綠色的液相還原石墨單層片氧化物的方法得到了研究者的關(guān)注，然而，由于石墨單層片之間存在較強(qiáng)的范德華作用力，石墨單層片之間容易發(fā)生堆疊，從而發(fā)生聚集，這就限制了石墨單層片的進(jìn)一步修飾與應(yīng)用。針對(duì)石墨單層片易于發(fā)生聚集這個(gè)問題，一種解決方法是通過共價(jià)鍵或非共價(jià)鍵作用對(duì)石墨單層片進(jìn)行修飾，使石墨單層片能夠很好的分散在溶劑里?，F(xiàn)有制備得到的石墨單層片溶液，因?yàn)樵谥苽溥^程中引入了大量的還原劑和/或穩(wěn)定劑，使得溶液并非為單純的石墨單層片溶液。同時(shí)，若不加入穩(wěn)定劑修飾，石墨單層片溶液中石墨單層片的濃度也較低，從而限制了其進(jìn)一步應(yīng)用，因此探索一種能夠獲得高濃度的石墨單層片溶液的制備方法成為必然趨勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)制備得到的石墨單層片溶液容易發(fā)生堆疊和聚集，從而限制了石墨單層片的進(jìn)一步修飾與應(yīng)用的缺陷，提供一種高濃度且無(wú)需添加表面活性劑進(jìn)行修飾的石墨單層片溶液及其制備方法。本發(fā)明提供了一種石墨單層片溶液，其中，所述石墨單層片溶液含有有機(jī)溶劑和石墨單層片，所述有機(jī)溶劑為酰胺溶劑和/或烷酮溶劑，所述石墨單層片的濃度為 0. 06-0. 6mg/mL。本發(fā)明提供了一種制備石墨單層片溶液的方法，該方法包括，在密閉條件下，將濃度為0. 1-lmg/mL的石墨單層片氧化物有機(jī)溶液在90-200°C下加熱2-12小時(shí)，進(jìn)行熱處理； 其中，所述石墨單層片氧化物有機(jī)溶液中的有機(jī)溶劑為酰胺和/或烷酮。本發(fā)明的石墨單層片溶液中的石墨單層片的濃度大于0. 06mg mL—1，而現(xiàn)有技術(shù)制備的未經(jīng)修飾的石墨單層片溶液的濃度通常為0. 01-0. 03mg mL"1 (Hernandez, Y. ；Nicolos, V. ；Lotya, M. ；Blighe, F. ；Sun, Ζ. ；De, S. ；Mcgovern, I. ；Holland, B. ；Byrne, Μ. ；Gun' ko, Y. ；Boland, J. ；Niraj. P. ；Duesberg. G. ；Krishnamurthy, S. ；Goodhue, R. ；Hutchison, J. ；Scardaci, V. ；Ferrari, Α. ；Coleman, J. High-yield Production of Graphene by Liquid-phase Exfoliation of Graphite. Nat. Nanotechnol. 2008, 3, 563-568 ；Hamilton, C. ；Lomeda, J. ；Sun, Z. ；Tour, J. ；Barron A.High-yield Organic Dispersions of Unfunctionalized Graphene. Nano Lett. 2009，9，3460-3462.),較現(xiàn)有技術(shù)中的不加入穩(wěn)定劑獲得的石墨單層片溶液的濃度大大提高。并且本發(fā)明的石墨單層片溶液幾乎僅含有石墨單層片和有機(jī)溶劑，較現(xiàn)有技術(shù)的引入大量的還原劑和/或穩(wěn)定劑獲得的石墨單層片溶液更加純凈，有利于石墨單層片的進(jìn)一步的修飾與功能化。本發(fā)明的發(fā)明人在研究過程中，意外的發(fā)現(xiàn)，采用本發(fā)明的方法，通過采用酰胺溶劑和/或烷酮溶劑作為有機(jī)溶劑，在還原石墨單層片氧化物的有機(jī)相溶液的過程中不需要額外引入還原劑或穩(wěn)定劑分子即可獲得石墨單層片溶液，而且能夠在較高濃度的石墨單層片氧化物溶液的條件下制備石墨單層片溶液，降低了反應(yīng)條件的苛刻度，同時(shí)在制備過程中可以通過對(duì)反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行調(diào)控來控制石墨單層片氧化物的還原程度，這更加有利于石墨單層片的進(jìn)一步的修飾與功能化，在石墨單層片材料和器件領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。


圖1為石墨單層片氧化物的DMF溶液的照片和本發(fā)明一種實(shí)施方式的石墨單層片的DMF溶液的照片，(a)為石墨單層片氧化物的DMF溶液的照片，其濃度為0.5mg/mL;(b) 為本發(fā)明的石墨單層片的DMF溶液的照片，其濃度為0. ;3mg/mL。圖2為石墨單層片氧化物的原子力顯微鏡(AFM)照片(a)及高度圖(b)。圖3為本發(fā)明的石墨單層片的AFM照片(a)及高度圖(b)。圖4為石墨單層片氧化物和本發(fā)明一種實(shí)施方式的石墨單層片的X光電子能譜圖。圖5為石墨單層片氧化物和本發(fā)明在不同溫度條件下制備得到的石墨單層片的拉曼光譜圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種石墨單層片溶液，其中，所述石墨單層片溶液含有有機(jī)溶劑和石墨單層片，所述有機(jī)溶劑為酰胺溶劑和/或烷酮溶劑，所述石墨單層片的濃度為 0. 06-0. 6mg/mL。
優(yōu)選情況下，所述石墨單層片的濃度為0. 28-0. 6mg/mL。盡管任意的碳原子數(shù)與氧原子數(shù)的比的石墨單層片均可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，但優(yōu)選情況下，所述石墨單層片的碳原子數(shù)與氧原子數(shù)的比為4-8，優(yōu)選為4-6。根據(jù)本發(fā)明，盡管采用所述酰胺溶劑和/或烷酮溶劑作為有機(jī)溶劑即可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，但本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)當(dāng)采用的酰胺溶劑為N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二乙基甲酰胺、N，N-二乙基乙酰胺中的一種或多種，烷酮溶劑為N-甲基吡咯烷酮和/或N-乙烯基吡咯烷酮時(shí)，獲得的石墨單層片溶液效果更好，石墨單層片溶液更加穩(wěn)定，并且N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮價(jià)格低廉，因此出于成本考慮，本發(fā)明尤其優(yōu)選所述有機(jī)溶劑為N，N- 二甲基甲酰胺和/或N-甲基吡咯烷酮。本發(fā)明的制備石墨單層片溶液的方法，包括將濃度為0. 1-lmg/mL的石墨單層片氧化物有機(jī)相溶液，在密閉條件下，在90-200°C下加熱2-12小時(shí)，進(jìn)行熱處理；優(yōu)選在 100-180°C下加熱2-10小時(shí)，進(jìn)行熱處理。優(yōu)選情況下，為了使熱處理前的石墨單層片氧化物有機(jī)相溶液分散的更加均勻， 從而使熱處理后得到的石墨單層片溶液更加穩(wěn)定，可以預(yù)先將石墨單層片氧化物有機(jī)相溶液進(jìn)行超聲處理，所述超聲處理的方法可以采用常規(guī)的超聲處理方法，在此不進(jìn)行詳述。優(yōu)選情況下，本發(fā)明的方法還包括將熱處理得到的產(chǎn)物進(jìn)行離心，得到離心后的上層溶液為石墨單層片溶液，離心后得到的石墨單層片溶液更加穩(wěn)定。盡管采用濃度為0. 1-lmg/mL的石墨單層片氧化物有機(jī)相溶液均可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，但在此濃度范圍內(nèi)，盡管越低濃度的石墨單層片氧化物有機(jī)相溶液制備石墨單層片溶液更加容易，但是為了獲得較高濃度的石墨單層片溶液，本發(fā)明優(yōu)選采用0. 45-lmg/mL 的石墨單層片氧化物有機(jī)相溶液。所述有機(jī)溶劑的種類在前文中已經(jīng)詳述，在此不再贅述。本發(fā)明的制備石墨單層片氧化物有機(jī)相溶液的方法可以采用常規(guī)的制備石墨單層片氧化物有機(jī)相溶液的方法制備得到，例如可以按照如下步驟制備得到(1)制備石墨單層片氧化物去離子水溶液在20-30°C溫度下，將天然鱗片石墨和硝酸鈉加入到濃硫酸中，將得到的混合物用0-2°C冰水浴冷卻10-100分鐘，冷卻后，在2-10°C加入高錳酸鉀，將冰水浴撤走，保持 50-200小時(shí)，得到褐色的混合物。其中所述混合物各組分的重量比為天然鱗片石墨硝酸鈉濃硫酸高錳酸鉀=1 0. 5-1 45-80 3-5。加入去離子水稀釋，保持20-120min，然后加入3wt %的雙氧水溶液，直至將剩余的高錳酸鉀以及反應(yīng)中生成的二氧化錳全部轉(zhuǎn)變成硫酸錳，得到亮黃色的懸浮液。最后用去離子水反復(fù)洗滌至懸浮液中沒有硫酸根離子。通過離心將懸浮液分離(2560Xg， 5000rpm)，去除離心管底部的沉淀，得到的溶液即為石墨單層片氧化物去離子水溶液。(2)制備石墨單層片氧化物有機(jī)相溶液使用酰胺溶劑和/或烷酮溶劑對(duì)步驟(1)所得到的石墨單層片氧化物去離子水溶液進(jìn)行處理，即可得到相應(yīng)的石墨單層片氧化物有機(jī)相溶液。具體的，例如可以按照如下步驟進(jìn)行(以制備石墨單層片氧化物的DMF溶液為例)取步驟⑴得到的石墨單層片氧化物的去離子水溶液，離心10-100分鐘(lMOOXg， IlOOOrpm)，去除上層清液，然后加入DMF至原始去離子水溶液的體積，重新分散，待分散均勻后，再次離心10-100分鐘(lMOOXg，IlOOOrpm)，去除上層清液，可以重復(fù)以上操作1-10 次，即可獲得本發(fā)明所需的石墨單層片氧化物的有機(jī)相溶液。上述的各種原料均可以采用本領(lǐng)域常規(guī)使用的原料，均可以通過商購(gòu)獲得。為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)地說明。本發(fā)明中，石墨單層片氧化物的DMF溶液的照片和石墨單層片的DMF溶液的照片通過攝像機(jī)拍攝得到。原子力顯微鏡(AFM)照片在原子力顯微鏡(型號(hào)VEECO DimensioMlOO，生產(chǎn)廠家美國(guó)維易科(Veeco)精密儀器公司)測(cè)得。X光電子能譜圖在X光電子能譜儀(型號(hào)VG Scientific ESCALab220i_XL，生產(chǎn)廠家英國(guó)VG科學(xué)儀器公司)上測(cè)得。碳原子與氧原子數(shù)在測(cè)試結(jié)果中可以直接獲得，通過對(duì)比碳原子數(shù)與氧原子數(shù)即可獲得碳原子數(shù)與氧原子之比。拉曼光譜圖在雷尼紹顯微共焦拉曼光譜儀(英國(guó)雷尼紹公司)測(cè)得。石墨單層片溶液的濃度的測(cè)定方法量取一定體積(V)的石墨單層片溶液，加入與溶液相同體積的去離子水，過濾收集析出的黑色固體，用乙醇沖洗，100°c干燥6小時(shí)后， 稱量黑色固體的質(zhì)量(m)，通過以下公式計(jì)算，即可獲得石墨單層片溶液的濃度(M)。M = m/V預(yù)備實(shí)施例1制備石墨單層片氧化物的去離子水溶液。在20°C下，取2. Og細(xì)度為325目的鱗片狀石墨和1. 5g硝酸鈉加到80mL濃硫酸 (98重量％ )中，將得到的混合物放置在500mL的燒杯中且用冰水浴冷卻30min，至溫度為 8°C，得到懸浮液。在5°C下，在700r/min的攪拌速度下(攪拌子的大小6cm)，將9. Og高錳酸鉀加到上述懸浮液中(每隔15分鐘加一次，每次加入1. 5g)，然后將冰水浴撤走，保持120小時(shí)， 將150mL去離子水加入(每隔5分鐘加一次，每次加入50mL)，半小時(shí)后，加入250mL 3wt% 的雙氧水，得到亮黃色的溶液。用去離子水離心洗滌至亮黃色的溶液中沒有硫酸根離子的存在，然后將溶液離心分離(2560Xg，3000rpm)，得到6mg/mL的石墨單層片氧化物去離子水溶液，然后加入去離子水稀釋得到細(xì)g/mL的石墨單層片氧化物去離子水溶液，石墨單層片氧化物的碳原子數(shù)與氧原子數(shù)的比值為C/0 = 2。預(yù)備實(shí)施例2制備石墨單層片氧化物的DMF溶液。取預(yù)備實(shí)施例1中的石墨單層片氧化物的去離子水溶液，離心30分鐘(1M00 X g， llOOOrpm)，去除上層清液，然后加入N，N-二甲基甲酰胺(DMF，北京化工廠，北化試劑)至初始的石墨單層片氧化物的去離子水溶液的體積，重新分散，再次離心30分鐘(lMOOXg， IlOOOrpm)，去除上層清液，再用DMF重新分散，重復(fù)以上操作5次，得到石墨單層片氧化物的DMF溶液，石墨單層片氧化物的濃度為％ig/mL，石墨單層片氧化物的碳原子數(shù)與氧原子數(shù)的比值為C/0 = 2。預(yù)備實(shí)施例3制備石墨單層片氧化物的NMP溶液。
與預(yù)備實(shí)施例2的方法一致，不同的是加入的有機(jī)溶劑為N-甲基吡咯烷酮(NMP， 北京化工廠，北化試劑)，得到石墨單層片氧化物的NMP溶液，石墨單層片氧化物的濃度為 %ig/mL，石墨單層片氧化物的碳原子數(shù)與氧原子數(shù)的比值為C/0 = 2。預(yù)備實(shí)施例4制備石墨單層片氧化物的N，N- 二甲基乙酰胺溶液。與預(yù)備實(shí)施例2的方法一致，不同的是加入的有機(jī)溶劑為N，N-二甲基乙酰胺 (DMAC，北京化工廠，北化試劑)，得到石墨單層片氧化物的DMAC溶液，石墨單層片氧化物的濃度為-g/mL，石墨單層片氧化物的碳原子數(shù)與氧原子數(shù)的比值為C/0 = 2。預(yù)備對(duì)比例1-5制備石墨單層片的甲醇、乙醇、乙二醇、DMSO、THF溶液。與預(yù)備實(shí)施例2的方法一致，不同的是加入的有機(jī)溶劑分別為甲醇(北京化工廠， 北化試劑)、乙醇(北京化工廠，北化試劑)、乙二醇(北京化工廠，北化試劑)、二甲基亞砜 (DMS0,北京化工廠，北化試劑)、四氫呋喃(THF，北京化工廠，北化試劑)，分別得到相應(yīng)的石墨單層片氧化物有機(jī)相溶液，得到的石墨單層片氧化物的濃度均為細(xì)g/mL，石墨單層片氧化物的碳原子數(shù)與氧原子數(shù)的比值為C/0 = 2。實(shí)施例1將預(yù)備實(shí)施例2得到的石墨單層片氧化物的DMF溶液加入DMF稀釋至0. 5mg/mL, 取30mL，超聲30分鐘(功率80W)，裝入容積為50mL的高壓反應(yīng)釜(北京瑞成偉業(yè)儀器設(shè)備有限公司，型號(hào)KH-50)，120°C加熱2小時(shí)。之后將所得產(chǎn)物離心，收集上層溶液(922Xg， 3000rpm)，得到石墨單層片的DMF溶液，石墨單層片的濃度為0. :3mg/mL，石墨單層片的碳原子數(shù)與氧原子數(shù)的比值為C/0 = 4. 5。圖1為預(yù)備實(shí)施例2的石墨單層片氧化物的DMF溶液的照片和實(shí)施例1的石墨單層片的DMF溶液的照片，a為預(yù)備實(shí)施例2的石墨單層片氧化物的DMF溶液的照片，其濃度為0. 5mg/mL ；b為本實(shí)施例制備的石墨單層片的DMF溶液的照片，其濃度為0. ;3mg/mL。圖2為石墨單層片氧化物的原子力顯微鏡(AFM)照片(a)及高度圖(b)從原子力顯微鏡照片可以看出石墨氧化物的片層的大小約在500nm到5 μ m之間， 其高度約為lnm。圖3為本實(shí)施例制備的石墨單層片的AFM照片(a)及高度圖(b)。從原子力顯微鏡照片可以看出石墨單層片的片層的大小相比石墨氧化物的片層有所減小，其高度約為0. 7nm；圖4為石墨單層片氧化物和本實(shí)施例制備的石墨單層片的X光電子能譜圖。通過對(duì)比石墨單層片氧化物和石墨單層片的X光電子能譜可以發(fā)現(xiàn)，石墨單層片的Ols峰相比石墨氧化物明顯減弱，這就說明了溶劑熱過程中石墨氧化物表面大量的含氧官能團(tuán)被脫除。圖5為石墨單層片氧化物和本發(fā)明的實(shí)施例1-4制備得到的石墨單層片的拉曼光譜圖。拉曼光譜圖中，1350和1590CHT1分別對(duì)應(yīng)于石墨氧化物和石墨單層片D和G峰， 對(duì)比實(shí)施例1-4的拉曼光譜圖可以看出，隨著反應(yīng)溫度的提高，獲得的石墨單層片D峰和G 峰的強(qiáng)度之比逐漸升高。
通過對(duì)比石墨單層片氧化物和石墨單層片的拉曼光譜圖可以看出，無(wú)論在哪個(gè)反應(yīng)溫度下，本發(fā)明的石墨單層片的D峰和G峰的強(qiáng)度之比均較石墨單層片氧化物的D峰和 G峰的強(qiáng)度之比有所增高。這主要是因?yàn)槿軇崽幚磉^程中，石墨單層片片層會(huì)發(fā)生分裂， 尺寸減小(這一點(diǎn)在AFM照片中也能體現(xiàn))，這就導(dǎo)致邊緣碳原子數(shù)增多，由于邊緣效應(yīng)的增加，D峰強(qiáng)度增加，因而D峰與G峰強(qiáng)度比逐漸增加。(Pan, D. ；Zhang, J. ；Li, Ζ. ；ffu, Μ. Hydrothermal Route for Cutting Graphene Sheets into Blue-Luminescent Graphene Quantum Dots. Adv. Mater. 2010，22，734—738)實(shí)施例2按照實(shí)施例1的方法制備石墨單層片溶液，不同的是加熱溫度為160°C，得到石墨單層片的DMF溶液，石墨單層片的濃度為0. ^mg/mL，石墨單層片的碳原子數(shù)與氧原子數(shù)的比值為C/0 = 5.0。實(shí)施例3按照實(shí)施例1的方法制備石墨單層片溶液，不同的是加熱溫度為180°C。得到石墨單層片的DMF溶液，石墨單層片的濃度為0. ^mg/mL，石墨單層片的碳原子數(shù)與氧原子數(shù)的比值為C/0 = 5. 2。實(shí)施例4按照實(shí)施例1的方法制備石墨單層片溶液，不同的是加熱溫度為200°C。得到石墨單層片的DMF溶液，石墨單層片的濃度為0. ^mg/mL，石墨單層片的碳原子數(shù)與氧原子數(shù)的比值為C/0 = 6。實(shí)施例5按照實(shí)施例1的方法制備石墨單層片溶液，不同的是于100°C下加熱池，得到石墨單層片的DMF溶液，石墨單層片的濃度為0. 35mg/mL，石墨單層片的碳原子數(shù)與氧原子數(shù)的比值為C/0 = 4. 2。實(shí)施例6按照實(shí)施例1的方法制備石墨單層片溶液，不同的是于160°C下加熱10h，得到石墨單層片的DMF溶液，石墨單層片的濃度為0. ^mg/mL，石墨單層片的碳原子數(shù)與氧原子數(shù)的比值為C/0 = 5. 2。實(shí)施例7將預(yù)備實(shí)施例3得到的石墨單層片氧化物的NMP溶液加入NMP稀釋至0. 5mg/mL, 取30mL，超聲30分鐘(功率80W)，裝入容積為50mL的高壓反應(yīng)釜(北京瑞成偉業(yè)儀器設(shè)備有限公司，型號(hào)KH-50)，120°C加熱2小時(shí)。離心收集上層溶液(922Xg，3000rpm)，得到石墨單層片的NMP溶液，石墨單層片的濃度為0. :3mg/mL，石墨單層片的碳原子數(shù)與氧原子數(shù)的比值為C/0 = 4.5。實(shí)施例8將預(yù)備實(shí)施例4得到的石墨單層片氧化物的N，N- 二甲基乙酰胺溶液加入N，N- 二甲基乙酰胺稀釋至0. 5mg/mL,取30mL，超聲30分鐘(功率80W)，裝入容積為50mL的高壓反應(yīng)釜(北京瑞成偉業(yè)儀器設(shè)備有限公司，型號(hào)KH-50)，12(TC加熱2小時(shí)。離心收集上層溶液(922 X g，3000rpm)，得到石墨單層片的N，N- 二甲基乙酰胺溶液，石墨單層片的濃度為 0. :3mg/mL，石墨單層片的碳原子數(shù)與氧原子數(shù)的比值為C/0 = 4. 6。
實(shí)施例9與實(shí)施例1的方法一致，不同的是將預(yù)備實(shí)施例2得到的石墨單層片氧化物的DMF 溶液加入DMF稀釋至lmg/mL，120°C加熱2小時(shí)，得到石墨單層片的DMF溶液，石墨單層片的濃度為0. 6mg/mL，石墨單層片的碳原子數(shù)與氧原子數(shù)的比值為C/0 = 4. 5。對(duì)比例1-5將預(yù)備對(duì)比例1-5得到的相應(yīng)的石墨單層片氧化物的甲醇(乙醇、乙二醇、DMS0、 THF)溶液加入相應(yīng)溶劑稀釋至0. lmg/mL,取30mL，超聲30分鐘(功率80W)，裝入容積為 50mL的高壓反應(yīng)釜(北京瑞成偉業(yè)儀器設(shè)備有限公司，型號(hào)KH-50)，120°C加熱2小時(shí)，全部石墨單層片氧化物轉(zhuǎn)化為石墨單層片固體，石墨單層片的碳原子數(shù)與氧原子數(shù)的比值為 C/0 = 4. 5。
權(quán)利要求
1.一種石墨單層片溶液，其特征在于，所述石墨單層片溶液含有有機(jī)溶劑和石墨單層片，所述有機(jī)溶劑為酰胺溶劑和/或烷酮溶劑，所述石墨單層片溶液中石墨單層片的濃度為 0.06-0. 6mg/mL。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溶液，其中，所述石墨單層片溶液中石墨單層片的濃度為 0. 28-0. 6mg/mL。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的溶液，其中，所述有機(jī)溶劑為N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N, N- 二乙基甲酰胺、N, N- 二乙基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮和N-乙烯基吡咯烷酮中的一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的溶液，其中，所述有機(jī)溶劑為N，N-二甲基甲酰胺和/或N-甲基吡咯烷酮。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的溶液，其中，所述石墨單層片的碳原子數(shù)與氧原子數(shù)的比值為4-8。
6.一種制備石墨單層片溶液的方法，該方法包括，在密閉條件下，將濃度為0. I-Img/ mL的石墨單層片氧化物有機(jī)溶液在90-200°C下加熱2-12小時(shí)，進(jìn)行熱處理；其特征在于， 所述石墨單層片氧化物有機(jī)溶液中的有機(jī)溶劑為酰胺和/或烷酮。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述石墨單層片氧化物有機(jī)溶液的濃度為 0. 45-lmg/mL0
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其中，所述酰胺溶劑為N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N, N- 二乙基甲酰胺、N, N- 二乙基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮和N-乙烯基吡咯烷酮中的一種或多種。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述有機(jī)溶劑為N，N-二甲基甲酰胺和/或N-甲基吡咯烷酮溶液。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述熱處理的溫度100-180°C，時(shí)間為2-10小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明的石墨單層片溶液含有有機(jī)溶劑和石墨單層片，所述有機(jī)溶劑為酰胺溶劑和/或烷酮溶劑，所述石墨單層片的濃度為0.06-0.6mg/mL。本發(fā)明的制備石墨單層片溶液的方法包括，在密閉條件下，將濃度為0.1-1mg/mL的石墨單層片氧化物有機(jī)相溶液在90-200℃下加熱2-12小時(shí)，進(jìn)行熱處理。本發(fā)明的石墨單層片溶液中的石墨單層片的濃度大于0.06mg/mL，較現(xiàn)有技術(shù)中的不加入穩(wěn)定劑獲得石墨單層片溶液的濃度大大提高。本發(fā)明的方法通過采用酰胺和/或烷酮溶劑作為有機(jī)溶劑，在還原石墨單層片氧化物的有機(jī)相溶液的過程中不需要額外引入還原劑或穩(wěn)定劑分子即可獲得石墨單層片溶液，在石墨單層片材料和器件領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C01B31/04GK102464314SQ20101054247
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月11日
發(fā)明者周鼎, 承倩怡, 韓寶航 申請(qǐng)人:國(guó)家納米科學(xué)中心