一種制備石墨烯粉末的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種制備石墨締粉末的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為一種新型的納米碳材料，石墨締因具有獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)，優(yōu)異的導(dǎo)電性能，較 高的機(jī)械性能及較高的比表面積，近年來(lái)在在電子學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、催化、儲(chǔ)能和 傳感器等諸多領(lǐng)域展現(xiàn)出具有巨大的應(yīng)用潛能，引起了科學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界的高度關(guān)注。目前 制備石墨締的方法很多，包括機(jī)械分離法，外延生長(zhǎng)法，氣相沉積法W及氧化還原法等。然 而，氧化還原法是目前被認(rèn)為最有望產(chǎn)業(yè)化的工藝之一。氧化還原法是將鱗片石墨在溶液 中經(jīng)氧化、剝離得到分散性良好的氧化石墨締溶液，后經(jīng)還原脫氧而制備石墨締的方法。
[0003] 采用公知技術(shù)Hummer法可W大規(guī)模制備含有大量硫酸及金屬離子的氧化石墨締 混合溶液。然而，由于氧化石墨締表面含有豐富的含氧官能團(tuán)，其具有極強(qiáng)的親水性，可W 在水中完全分散，運(yùn)給氧化石墨締的分離與純化帶來(lái)了很大的不便。通常，繁瑣、高耗能的 離屯、分離工藝與低效、高廢水排放的透析技術(shù)被技術(shù)人員廣為采用；上述制備方法也亟待 改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種可W有利于工業(yè)化、大批量的制 備，且工藝過(guò)程簡(jiǎn)單方便易操作的、可實(shí)現(xiàn)資源的節(jié)約的制備石墨締粉末的方法。
[0005] 本發(fā)明解決該技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：
[0006] -種制備石墨締粉末的方法，其特征在于，包括如下步驟：
[0007] (1)鱗片石墨的氧化與剝離：W天然鱗片石墨為原料，采用hummer法得到氧化石墨 母液，將該母液置于超聲波中分散實(shí)現(xiàn)剝離，得到氧化石墨締酸性分散液；
[000引（2)中和及固-液分離：向步驟（1)得到的氧化石墨締酸性分散液中加入堿性物質(zhì) 調(diào)節(jié)溶液至中性，然后向其緩慢加入有機(jī)溶液，待沉淀物完全析出后過(guò)濾，得到濾餅;所述 堿性物質(zhì)為氨氧化鐘、氨氧化鋼和/或碳酸鋼;所述的有機(jī)溶液中有機(jī)溶劑的質(zhì)量百分比濃 度為90%-100%，水的質(zhì)量百分比濃度為0-10%，所述的有機(jī)溶劑為可W與水任意比例互 溶的溶劑；
[0009] (3)高溫?zé)崽幚?，將步驟(2)得到的濾餅，置于保護(hù)氣氛下，500~700°C下得到黑色 固體，經(jīng)洗涂除雜、干燥后得到石墨締粉末。
[0010] 本發(fā)明具體的實(shí)施過(guò)程包括如下步驟：
[0011] (1)鱗片石墨的氧化與剝離，W天然鱗片石墨為原料，采用公知技術(shù)hummer法得到 氧化石墨母液，將該母液置于超聲波中分散2~4小時(shí)，實(shí)現(xiàn)剝離，得到氧化石墨締分散液；
[0012] (2)氧化石墨締分散液的中和及固-液分離，向步驟（1)得到的氧化石墨締酸性分 散液中加入堿性物質(zhì)氨氧化鐘、氨氧化鋼和/或碳酸鋼調(diào)節(jié)溶液pH值到7,然后向其緩慢加 入酒精溶液，待溶質(zhì)完全析出后進(jìn)行過(guò)濾，得到棟黃色濾餅。
[0013] (3)高溫?zé)崽幚?，將步驟(2)得到的濾餅，置于保護(hù)氣氛下，加熱到500~700°C保溫 1~化，得到黑色固體；
[0014] 除雜，將步驟(3)得到的固體置于去離子水中，攬拌，經(jīng)多次洗涂脫除石墨締表面 的雜質(zhì)后，進(jìn)行固液分離，后經(jīng)干燥，得到石墨締粉末。
[0015] 所述的步驟(2)中所述調(diào)節(jié)溶液至中性的調(diào)節(jié)過(guò)程伴隨著機(jī)械攬拌。
[0016] 所述的步驟（2)所述的有機(jī)溶劑為可W與水任意比例互溶的溶劑，如醇類、醒類 等;本發(fā)明的有機(jī)溶劑優(yōu)選為甲醇、乙醇、乙二醇、甘油、丙酬、甲醒或乙醒。
[0017]所述的步驟(3)中所述的保護(hù)氣氛為出、Ar-出和C0氣氛中的一種或幾種組合。
[0018] 本發(fā)明優(yōu)選用去離子水洗涂次數(shù)不低于3次。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:解決了現(xiàn)有hummer法工藝制備石墨締 過(guò)程中存在的氧化石墨難過(guò)濾、難洗涂的問(wèn)題，從根本上提高了石墨締的制備效率，本發(fā)明 不需要像傳統(tǒng)的氧化石墨締處理工藝在離屯、洗涂和透析過(guò)程中需要消耗大量的水來(lái)進(jìn)行 二次稀釋或提高透析膜兩側(cè)的濃度差。與傳統(tǒng)工藝相比，發(fā)明人在研究中發(fā)現(xiàn)將得到的氧 化石墨締酸性分散液在氨氧化鋼、氨氧化鐘和/或碳酸鋼調(diào)節(jié)至溶液程中性后，再加入本發(fā) 明的有機(jī)溶液(如乙醇等）后，發(fā)現(xiàn)有大量的沉淀析出，在氧化石墨締表面原位成核并長(zhǎng)大 沉淀物，很好的解決了氧化石墨因?yàn)橛休^強(qiáng)的親水性而導(dǎo)致無(wú)法有效分離的問(wèn)題，本發(fā)明 技術(shù)可W在hummer法得到的母液中直接分離得到氧化石墨締前驅(qū)體沉淀物，再經(jīng)水洗工藝 進(jìn)行二者分離，大大降低了用水量。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1為實(shí)施例1得到的石墨締的SEM圖，具有典型的二維片狀形貌。
[0021] 圖2為實(shí)施例1得到的石墨締的TEM圖，具有權(quán)皺形貌結(jié)構(gòu)的石墨締清晰可見(jiàn)。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 實(shí)施例1:
[0023] W天然鱗片石墨為原料，采用hummer法制備氧化石墨混合溶液，然后置于超聲清 洗儀中超聲處理2小時(shí)，攬拌過(guò)程中加入固體氨氧化鋼調(diào)節(jié)溶液pH值到7,然后緩慢加入濃 度為95 %的乙醇溶液，待不再析出沉淀后，將混合溶液過(guò)濾，得到棟黃色濾餅；
[0024] 將上述得到的濾餅置于氨氣氣氛爐中，于600°C并保溫化，取出經(jīng)3次去離子水洗 涂、過(guò)濾、干燥后，得到石墨締粉末。
[0025] 實(shí)施例2:
[0026] W天然鱗片石墨為原料，采用hummer法制備氧化石墨混合溶液，然后置于超聲清 洗儀中超聲處理4小時(shí)，攬拌過(guò)程中加入固體碳酸鋼調(diào)節(jié)溶液pH值到7,然后緩慢加入濃度 為90 %的甲醇溶液，待不再析出沉淀后，將混合溶液過(guò)濾，得到棟黃色濾餅；
[0027] 將上述得到的濾餅置于氣氣氣氛爐中，于700°C并保溫化，取出經(jīng)3次去離子水洗 涂、過(guò)濾、干燥后，得到石墨締粉末。
[0028] 對(duì)實(shí)施例1-實(shí)施例2制備的石墨締中的碳氧原子比例進(jìn)行了 XPS表征，其結(jié)果如下 表：
[0029]


【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種制備石墨烯粉末的方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 鱗片石墨的氧化與剝離：以天然鱗片石墨為原料，采用hummer法得到氧化石墨母 液，將該母液置于超聲波中分散實(shí)現(xiàn)剝離，得到氧化石墨烯酸性分散液； (2) 中和及固-液分離：向步驟（1)得到的氧化石墨烯酸性分散液中加入堿性物質(zhì)調(diào)節(jié) 溶液至中性，然后向其緩慢加入有機(jī)溶液，待沉淀物完全析出后過(guò)濾，得到濾餅;所述堿性 物質(zhì)為氫氧化鉀、氫氧化鈉和/或碳酸鈉;所述的有機(jī)溶液中有機(jī)溶劑的質(zhì)量百分比濃度為 90%-100%，水的質(zhì)量百分比濃度為0-10%，所述的有機(jī)溶劑為可以與水任意比例互溶的 溶劑； (3) 高溫?zé)崽幚?，將步驟（2)得到的濾餅，置于保護(hù)氣氛下，500~700°C下得到黑色固 體，經(jīng)洗滌除雜、干燥后得到石墨烯粉末。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)中調(diào)節(jié)溶液至中性過(guò)程伴隨著機(jī) 械攪拌。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)所述的有機(jī)溶劑為甲醇、乙醇、乙 二醇、甘油、丙酮、甲醛或乙醛。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(3)中所述的保護(hù)氣氛為H2、Ar-H2和CO 氣氛中的一種或幾種組合。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述洗滌過(guò)程中用去離子水洗滌次數(shù)不低 于3次。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種制備石墨烯粉末的方法，特別涉及一種規(guī)?；幚韍ummer法得到的氧化石墨酸性溶液制備石墨烯粉末的方法。該方法包括如下步驟：鱗片石墨的氧化與剝離；氧化石墨烯分散液的中和及固-液分離；高溫?zé)崽幚?；除雜。本發(fā)明提供的石墨烯粉體的制備方法可解決采用hummer法制備石墨烯過(guò)程存在的過(guò)濾和洗滌兩大難題，該過(guò)程操作簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。
【IPC分類】C01B31/04
【公開號(hào)】CN105712345
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610169418
【發(fā)明人】胡國(guó)榮, 彭忠東, 武開鵬, 杜柯, 曹雁冰
【申請(qǐng)人】中南大學(xué)