一種石墨烯的低溫環(huán)保制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明屬于石墨稀材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種石墨稀的低溫環(huán)保制備方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 石墨烯（Graphene)是一種由碳原子以SP2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平 面薄膜，只有一個(gè)碳原子厚度的二維材料。2004年英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的科學(xué)家首次剝離出 石墨烯，并證實(shí)它能穩(wěn)定存在，從此石墨烯這種新型材料受到廣泛關(guān)注，石墨烯具有十分優(yōu) 異的性能，例如其比表面積高達(dá)2630m2.g'體征迀移率高達(dá)200000cm2.V's'楊氏模量多 達(dá)到I.OTPa，熱傳導(dǎo)常數(shù)為5000W.HT1.IT1，光學(xué)透射比高達(dá)97. 7 %，并且其導(dǎo)電性也十分優(yōu) 異，幾乎達(dá)到金屬單質(zhì)的導(dǎo)電性能。石墨烯展現(xiàn)出來的這些特性使其在高性能納電子器件、 光電器件、氣體傳感器、復(fù)合材料、場(chǎng)發(fā)射材料及能量存儲(chǔ)等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。
[0003] 目前，石墨烯的制備方法主要有機(jī)械剝離法、化學(xué)氣相沉積法、外延生長(zhǎng)法和化學(xué) 氧化還原法等，這些方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)，其中機(jī)械剝離法由于剝離方法的局限性，其不適合 大規(guī)模工業(yè)化制備石墨烯；化學(xué)氣相沉積法和外延生長(zhǎng)法方法由于具有工藝復(fù)雜、條件苛 亥IJ、產(chǎn)率低、成本高等缺點(diǎn)，限制了其在石墨烯的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用；氧化還原法是 目前低成本，大規(guī)模制備石墨烯較為普遍的方法，氧化還原法制備石墨烯分兩步：首先是 采用強(qiáng)氧化劑將石墨氧化為氧化石墨烯；第二步是還原氧化石墨烯得到石墨烯，常用的還 原方法有高溫還原法、還原劑還原法及微波還原法等。目前氧化石墨烯的制備方法主要是 Hummer法，然而在石墨氧化過程中，由于采用硝酸鹽，反應(yīng)過程中會(huì)產(chǎn)生NO或腸2等有毒氣 體，降低了生產(chǎn)的安全性，同時(shí)容易對(duì)環(huán)境造成污染，而且在還原過程中，高溫還原通常需 要溫度在1000度以上，消耗大量能源，常用的化學(xué)試劑比如水合肼等有劇毒，大量使用對(duì) 環(huán)境污染嚴(yán)重，且還原得到的石墨烯缺陷多，還原不夠徹底，從而大大降低了石墨烯的導(dǎo)電 率，影響了其應(yīng)用型。因此迫切需要開發(fā)一種在溫和條件下，低成本，高效環(huán)保的石墨烯的 大規(guī)模制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，解決目前石墨烯制備技術(shù)中存在問 題，提供一種石墨烯的低溫環(huán)保制備方法，在低溫下還原氧化石墨烯得到石墨烯，成本低， 節(jié)約能源，得到的石墨烯導(dǎo)電率高，產(chǎn)率高，具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明制備石墨烯的具體工藝步驟為：
[0006] (1)將天然鱗片石墨與高錳酸鉀按重量比為1:4-6的比例加入到三口燒瓶中，緩 慢加入濃硫酸和濃磷酸的混合酸，攪拌反應(yīng)30min;其中濃硫酸：濃磷酸的體積比為9:1，混 合酸與天然鱗片石墨的用料比為120ml:lg;
[0007] (2)將三口燒瓶移至50攝氏度的水浴中攪拌IOh得到氧化石墨溶液；
[0008] (3)配制蒸餾水與雙氧水體積比為20:1的溶液，并凍成冰塊，將步驟⑵得到的氧 化石墨溶液倒入含有雙氧水的蒸餾水中至冰塊完全溶解，依次經(jīng)過過濾、酸洗、水洗和干燥 得到氧化石墨烯；其中蒸餾水的用量為Ig石墨對(duì)應(yīng)100ml-150ml蒸餾水，優(yōu)選Ig石墨對(duì)應(yīng) 100ml-120ml蒸餾水，雙氧水的重量百分比濃度為30% ;
[0009] (4)將得到的氧化石墨烯溶于重量百分比濃度為36% -38%的醋酸溶液中，再加 入重量百分比濃度為55 %的氫碘酸在40攝氏度下攪拌18h后過濾得到濾餅，然后依次經(jīng)過 水洗、醇洗和干燥得到石墨烯；其中氧化石墨烯與醋酸的用量比為Ig:300ml-400ml;氧化 石墨稀與氫碘酸的用量比例為Ig:10ml-40ml，優(yōu)選Ig:10ml-20ml。
[0010] 本發(fā)明所述天然鱗片石墨的片徑大小為30-150ym，優(yōu)選30-50ym。
[0011] 本發(fā)明步驟（1)涉及的反應(yīng)放熱，反應(yīng)溫度保持在30-35度。
[0012] 本發(fā)明步驟（3)中所述酸洗是用重量百分比濃度為10%的鹽酸進(jìn)行清洗，鹽酸使 用量Ig石墨對(duì)應(yīng)IOOml鹽酸；水洗是用蒸餾水反復(fù)洗滌至溶液pH= 7 ;干燥是在40攝氏 度下真空干燥8-12h。
[0013] 本發(fā)明步驟（4)中所述水洗是用蒸餾水反復(fù)洗滌至溶液的pH= 7-8 ;醇洗是用乙 醇洗滌濾餅2-3次，每次用量為Ig氧化石墨烯對(duì)應(yīng)50ml乙醇；干燥是在60攝氏度下真空 干燥12h。
[0014] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：一是采用改進(jìn)的氧化還原方法，氧化過程 中使用濃磷酸作為保護(hù)劑，減小放熱，相比傳統(tǒng)的Hrnnmer法制備的氧化石墨稀缺陷更少， 更好的保持碳原子的平面結(jié)構(gòu)，經(jīng)過還原得到的石墨烯結(jié)構(gòu)完整，導(dǎo)電率高；二是氧化過程 中不使用硝酸鹽和亞硝酸鹽，避免NO,NO2等有毒氣體的產(chǎn)生；三是整個(gè)反應(yīng)過程在低溫下 進(jìn)行，不超過50攝氏度，節(jié)約能源；四是使用氫碘酸作為還原劑，避免使用水合肼等傳統(tǒng)還 原劑對(duì)環(huán)境造成的污染，節(jié)能環(huán)保；其制備工藝簡(jiǎn)單，操作方便，生產(chǎn)成本低，工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn) 率高，適合大規(guī)模生產(chǎn)，制備的石墨烯導(dǎo)電率高，具有廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說明】：
[0015] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例制備的氧化石墨烯的SEM圖，其中a)低倍SEM圖；b)為高倍 SEM圖。
[0016] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的石墨烯SEM圖，其中a)為低倍SEM圖；b)為高倍SEM 圖。
[0017] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制備的氧化石墨烯和石墨烯的XRD圖。
[0018] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例1制備的石墨烯的AFM圖。
【具體實(shí)施方式】：
[0019] 下面通過實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0020] 實(shí)施例1 :
[0021] 本實(shí)施例制備石墨烯的具體過程為：
[0022] (1)取Ig石墨和6g高錳酸鉀加入到三口燒瓶中，緩慢加入濃硫酸和濃磷酸體積比 為9:1的混合酸120ml，攪拌30min，由于反應(yīng)放熱，反應(yīng)的溫度為30-35度；
[0023] (2)將三口燒瓶移至50攝氏度的水浴中攪拌10h，得到紫色的氧化石墨溶液；
[0024] (3)將5