形成石墨烯及氧化石墨烯鹽的方法、以及氧化石墨烯鹽的制作方法
【專(zhuān)利摘要】通過(guò)在溶液中將石墨和包含堿金屬鹽的氧化劑混合，來(lái)形成第一沉淀物。接著，使用酸性溶液使第一沉淀物所包含的氧化劑電離，并從第一沉淀物去除氧化劑，來(lái)形成第二沉淀物。然后，通過(guò)以下制備分散有氧化石墨烯的分散液：將第二沉淀物和水混合形成混合液，然后對(duì)混合液施加超聲波或機(jī)械攪拌混合液，使氧化石墨烯從氧化石墨分離，所述氧化石墨為第二沉淀物中包含的并且被氧化的石墨。接著，將分散液、堿性溶液及有機(jī)溶劑混合，并使分散液所包含的氧化石墨烯與堿性溶液所包含的堿彼此反應(yīng)，由此形成氧化石墨烯鹽。
【專(zhuān)利說(shuō)明】形成石墨烯及氧化石墨烯鹽的方法、以及氧化石墨烯鹽
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種形成石墨烯的方法和一種形成氧化石墨烯鹽的方法、氧化石墨烯鹽、以及包含石墨烯和氧化石墨烯鹽的蓄電裝置及半導(dǎo)體裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，對(duì)將石墨烯用作半導(dǎo)體裝置中的導(dǎo)電電子材料進(jìn)行研究。石墨烯是各自由碳原子構(gòu)成的六元環(huán)在平面方向上連接的碳層，2層或更多且100層或更少的碳層的疊層被稱(chēng)為多層石墨烯。
[0003]由于石墨烯具有化學(xué)穩(wěn)定性和有利的電特性，所以被期待應(yīng)用于包含在半導(dǎo)體裝置中的晶體管的溝道區(qū)、通孔、布線等。
[0004]為了使用于鋰離子電池的電極的材料可具有高導(dǎo)電性，由石墨烯覆蓋活性電極材料。
[0005]形成石墨烯的方法為在堿存在下將氧化石墨或氧化石墨烯還原。為了形成氧化石墨，可以采用如下方法:將硫酸、硝酸及氯酸鉀用作氧化劑的方法；將硫酸及高錳酸鉀用作氧化劑的方法；以及將氯酸鉀及發(fā)煙硝酸用作氧化劑的方法(參照專(zhuān)利文獻(xiàn)I)。
[0006][參考文獻(xiàn)]
[專(zhuān)利文獻(xiàn)I]日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)第2011-500488號(hào)。
[0007]發(fā)明公開(kāi)內(nèi)容
作為通過(guò)使用由采用石墨和作為氧化劑的硫酸及高錳酸鉀獲得的氧化石墨來(lái)形成石墨烯的方法，有Modified Hummers法。參照?qǐng)D3對(duì)利用Modified Hummers法形成石墨烯的方法進(jìn)行說(shuō)明。
[0008]如步驟SlOl所示，使用氧化劑將石墨氧化，來(lái)形成包含氧化石墨的混合液I。然后，為了去除殘留的氧化劑，對(duì)混合液I添加過(guò)氧化氫及水，來(lái)形成混合液2。未反應(yīng)的高錳酸鉀被過(guò)氧化氫還原，然后被還原的高錳酸鉀與硫酸起反應(yīng)，而能夠形成硫酸錳。接著，如步驟S102所示，從混合液2收集氧化石墨。接著，如步驟S103所示，為了去除殘留的氧化劑，使用酸性溶液對(duì)氧化石墨進(jìn)行洗滌。然后，用大量的水稀釋氧化石墨并對(duì)其進(jìn)行離心分離，接著，如步驟S104所示，收集與酸分離的氧化石墨。接著，如步驟S105所示，對(duì)包含收集的氧化石墨的混合液施加超聲波，然后分離氧化石墨中的氧化了的碳層，使得形成氧化石墨烯。然后，如步驟S106所示，在惰性氣氛下進(jìn)行還原處理用于還原鍵合于碳層的氧，來(lái)獲得石墨稀。
[0009]雖然步驟S103中的洗滌氧化石墨烯的步驟需要大量的水，但是通過(guò)重復(fù)進(jìn)行步驟S103，能夠從氧化石墨去除酸。然而，當(dāng)其酸含量降低時(shí)，難以將作為沉淀物的氧化石墨與包含在上清液中的酸分離；因此，氧化石墨的收率有可能低。這導(dǎo)致石墨烯的低收率。
[0010]蓄電裝置所包括的電極包含集電體及活性物質(zhì)層。在常規(guī)電極的情況下，活性物質(zhì)層除了活性物質(zhì)以外還包含 導(dǎo)電助劑、粘合劑等，該導(dǎo)電助劑、粘合劑等是活性物質(zhì)層的每單位重量的放電容量下降的原因。再者，活性物質(zhì)層所包含的粘合劑在與電解液接觸時(shí)會(huì)溶脹，使電極容易變形及破壞。
[0011]鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的目的是高生產(chǎn)率地形成石墨烯及作為石墨烯原料的氧化石墨烯鹽。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的另一目的是高生產(chǎn)率地提供作為能夠形成石墨烯的原料的氧化石墨烯鹽。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的另一目的是提供具有更高的放電容量和有利的電特性的蓄電裝置。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的另一目的是提供具有高可靠性和高耐久性的蓄電裝置。
[0012]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的氧化石墨烯鹽由通式(Gl)表示。
[0013][化學(xué)式I]
Cri — A — B (Gl)
(在式中，η為自然數(shù)，A表不羰基、羧基和羥基中的一個(gè)，B表不銨基、氨基或堿金屬。)就是說(shuō)，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的氧化石墨烯鹽包括以下作為骨架結(jié)構(gòu):在上述通式中以Cn表示的石墨烯；在上述通式中以A表示的鍵合于石墨烯中的碳原子的羰基、羧基或羥基；在上述通式中以B表示的與羰基、羧基和羥基中的一個(gè)鍵合的銨基、氨基或堿金屬。
[0014]石墨烯包含在平面方向上連接的各自由碳原子構(gòu)成的六元環(huán)，以及在六元環(huán)的部分中的碳鍵斷開(kāi)時(shí)各自形成的多元環(huán)，諸如七元環(huán)、八元環(huán)、九元環(huán)及十元環(huán)等。以該多元環(huán)中的碳原子圍繞的區(qū)域成為隙孔。
[0015]當(dāng)在還原氣氛或真空下加熱氧化石墨烯鹽時(shí)，該氧化石墨烯鹽被還原而成為石墨烯。因此，通過(guò)在還原氣氛或真空下進(jìn)行焙燒，能夠使氧化石墨烯鹽還原而生成石墨烯。
[0016]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案是通過(guò)如下步驟形成氧化石墨烯鹽的方法。首先，通過(guò)在溶液中將石墨和包含堿金屬鹽的氧化劑混合，來(lái)形成第一沉淀物。接下來(lái)，使用酸性溶液使包含于第一沉淀物的包含堿金屬鹽的氧化劑電離，并從第一沉淀物去除包含堿金屬鹽的氧化劑，來(lái)形成第二沉淀物。然后，通過(guò)以下制備分散有氧化石墨烯的分散液:將第二沉淀物和水混合形成混合液，然后對(duì)該混合液施加超聲波或機(jī)械攪拌該混合液，來(lái)使氧化石墨烯從氧化石墨分離，所述氧化石墨為第二沉淀物中包含的并且被氧化的石墨。接下來(lái)，將分散液、堿性溶液及有機(jī)溶劑混合，并使分散液所包含的氧化石墨烯與堿性溶液所包含的堿相互起反應(yīng)，由此形成氧化石墨烯鹽。
[0017]本發(fā)明的另一實(shí)施方案是通過(guò)如下步驟形成氧化石墨烯鹽的方法。首先，通過(guò)在溶液中將石墨和氧化劑混合，來(lái)制備包含具有氧化石墨及氧化劑的第一沉淀物的第一混合液。接下來(lái)，從第一混合液收集第一沉淀物，然后使用酸性溶液從第一沉淀物去除氧化劑，來(lái)形成包含氧化石墨的第二沉淀物。然后，將第二沉淀物和水混合，然后對(duì)混合液施加超聲波或機(jī)械攪拌混合液，來(lái)使氧化石墨烯從氧化石墨分離，由此制備分散有氧化石墨烯的第二混合液。接下來(lái)，將堿性溶液及有機(jī)溶劑與第二混合液混合，并使第二混合液所包含的氧化石墨烯和堿相互起反應(yīng)來(lái)使氧化石墨烯鹽沉淀，由此收集氧化石墨烯鹽。
[0018]本發(fā)明的另一實(shí)施方案是通過(guò)如下步驟形成氧化石墨烯鹽的方法。首先，通過(guò)在溶液中將石墨和包含堿金屬鹽的氧化劑混合，來(lái)形成第一沉淀物，并且，使用酸性溶液使包含于第一沉淀物的包含堿金屬鹽的氧化劑電離，并從第一沉淀物去除包含堿金屬鹽的氧化劑，來(lái)形成第二沉淀物。接下來(lái)，通過(guò)以下形成包含氧化石墨鹽的第三沉淀物:將第二沉淀物和水混合，然后混合堿性溶液和有機(jī)溶劑，使氧化石墨與堿性溶液起反應(yīng)，所述氧化石墨為第二沉淀物所包含的被氧化的石墨。然后，將第三沉淀物和水混合，并使氧化石墨烯鹽從第三沉淀物所包含的氧化石墨鹽分離，由此形成氧化石墨烯。
[0019]本發(fā)明的另一實(shí)施方案是通過(guò)如下步驟形成氧化石墨烯鹽的方法。首先，通過(guò)在溶液中將石墨和氧化劑混合，來(lái)制備包含具有氧化石墨及氧化劑的第一沉淀物的第一混合液。接下來(lái)，從第一混合液收集第一沉淀物，然后使用酸性溶液從第一沉淀物去除氧化劑，來(lái)形成包含氧化石墨的第二沉淀物。然后，將第二沉淀物和水混合，然后混合堿性溶液及有機(jī)溶劑，使第二沉淀物所包含的氧化石墨和堿性溶液起反應(yīng)，由此形成包含氧化石墨鹽的第三沉淀物。接下來(lái)，將第三沉淀物和水混合，然后對(duì)混合液施加超聲波或機(jī)械攪拌混合液，來(lái)使氧化石墨烯鹽從第三沉淀物所包含的氧化石墨鹽分離，由此制備分散有氧化石墨烯鹽的第二混合液，并且，收集第二混合液所包含的氧化石墨烯鹽。
[0020]本發(fā)明的另一實(shí)施方案是形成石墨烯的方法，其中通過(guò)將上述方法獲得的氧化石墨稀鹽還原形成石墨稀。
[0021]注意，所述氧化劑是硝酸及氯酸鉀；硫酸及高錳酸鉀；或者硝酸、硫酸及氯酸鉀。
[0022]此外，所述酸性溶液劑是鹽酸、稀硫酸或硝酸。
[0023]此外,所述堿性溶液是氫氧化鈉水溶液、氫氧化鉀水溶液、氨水溶液、甲胺溶液、乙醇胺溶液、二甲胺溶液或三甲胺溶液。
[0024]當(dāng)將包含去除了氧化劑的氧化石墨或氧化石墨烯的混合液和堿性溶液混合，然后與有機(jī)溶劑混合時(shí)，能夠高效地使氧化石墨鹽或氧化石墨烯鹽沉淀。再者，對(duì)包含氧化石墨鹽的混合液施加超聲波或機(jī)械攪拌混合液，來(lái)使氧化石墨烯鹽從氧化石墨鹽分離。對(duì)由上述方法獲得的氧化石墨烯鹽進(jìn)行還原處理，從而可以形成石墨烯。
[0025]通過(guò)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案能夠高生產(chǎn)率地形成石墨烯及作為石墨烯原料的氧化石墨烯鹽。另外，能夠提供作為石墨烯原料的氧化石墨烯鹽。將該氧化石墨烯鹽用于蓄電裝置的正極或負(fù)極，能夠提高該蓄電裝置的放電容量。而且，將該石墨烯用于正極或負(fù)極而代替粘合劑，能夠提高該蓄電裝置的可靠性及耐久性。
`[0026]附圖簡(jiǎn)述
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案形成氧化石墨烯鹽及石墨烯的方法的流程圖； 圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案形成氧化石墨烯鹽及石墨烯的方法的流程圖； 圖3是示出形成石墨烯的常規(guī)方法的流程圖；
圖4A至4D示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的負(fù)極；
圖5A至5C示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的正極；
圖6示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的蓄電裝置；
圖7不出電子設(shè)備；
圖8是示出電池I及對(duì)比電池I的放電特性及充電特性的圖表；
圖9是示出13C-NMR譜的圖表；
圖10是示出紅外吸收光譜的圖表。
[0027]實(shí)施本發(fā)明的最佳方式
下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案及實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。注意，實(shí)施方案及實(shí)施例可通過(guò)許多不同的模式來(lái)實(shí)施，并且本領(lǐng)域的技術(shù)人員易于理解，可進(jìn)行各種變化和修改，而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為限于以下實(shí)施方案及實(shí)施例中的描述。[0028]實(shí)施方案I
在本實(shí)施方案中，對(duì)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案之一的氧化石墨烯鹽進(jìn)行說(shuō)明。
[0029]本實(shí)施方案所描述的氧化石墨烯鹽由通式(Gl)表示。
[0030][化學(xué)式2]
Cri — A — B (Gl)
(在式中，η為自然數(shù)，A表不羰基、羧基和羥基中的一個(gè)，B表不銨基、氨基或堿金屬。)就是說(shuō)，本實(shí)施方案所描述的氧化石墨烯鹽包括以下作為骨架結(jié)構(gòu):在上述通式中以Cn表示的石墨烯；在上述通式中以A表示的鍵合于石墨烯中的碳原子的羰基、羧基或羥基；在上述通式中以B表示的鍵合于羰基、羧基和羥基中的一個(gè)的銨基、氨基或堿金屬。
[0031]石墨烯包含在平面方向上連接的各自由碳原子構(gòu)成的六元環(huán)，以及在六元環(huán)的部分的碳鍵斷開(kāi)時(shí)各自形成的多元環(huán)，諸如七元環(huán)、八元環(huán)、九元環(huán)及十元環(huán)等。以該多元環(huán)中的碳原子圍繞的區(qū)域成為隙孔。
[0032]在此，下面示出作為通式(Gl)具體實(shí)例的通式(G2)至(G9)。注意，該具體實(shí)例不局限于以下通式(G2)至(G9)。
[0033][化學(xué)式3]
【權(quán)利要求】
1.一種形成氧化石墨烯鹽的方法，其包括如下步驟: 通過(guò)在溶液中將石墨和包含堿金屬鹽的氧化劑混合，來(lái)形成第一沉淀物； 使用酸性溶液使所述第一沉淀物所包含的所述包含堿金屬鹽的氧化劑電離，并從所述第一沉淀物去除所述包含堿金屬鹽的氧化劑，來(lái)形成第二沉淀物； 將所述第二沉淀物和水混合形成混合液； 通過(guò)以下形成分散有氧化石墨烯的分散液:對(duì)所述混合液施加超聲波或機(jī)械攪拌所述混合液，使所述氧化石墨烯從氧化石墨分離，所述氧化石墨為所述第二沉淀物中包含的并且被氧化的石墨；以及 將所述分散液、堿性溶液及有機(jī)溶劑混合，并使所述分散液所包含的氧化石墨烯和所述堿性溶液所包含的堿相互起反應(yīng)，來(lái)形成氧化石墨烯鹽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的形成氧化石墨烯鹽的方法，其中所述氧化劑是硝酸及氯酸鉀；硫酸及高錳酸鉀；或者硝酸、硫酸及氯酸鉀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的形成氧化石墨烯鹽的方法，其中所述酸性溶液是鹽酸、稀硫酸或硝酸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的形成氧化石墨烯鹽的方法，其中所述堿性溶液是氫氧化鈉水溶液、氫氧化鉀水溶液、氨水溶液、甲基胺溶液、乙醇胺溶液、二甲基胺溶液或三甲基胺溶液。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的形成氧化石墨烯鹽的方法，其中所述有機(jī)溶劑是丙酮、甲醇或乙 醇。
6.一種形成氧化石墨烯鹽的方法，其包括如下步驟: 通過(guò)在溶液中將石墨和氧化劑混合，來(lái)形成包含具有氧化石墨及所述氧化劑的第一沉淀物的第一混合液； 從所述第一混合液收集所述第一沉淀物，然后使用酸性溶液從所述第一沉淀物去除所述氧化劑，來(lái)形成包含所述氧化石墨的第二沉淀物； 將所述第二沉淀物和水混合，然后對(duì)混合液施加超聲波或機(jī)械攪拌所述混合液，使氧化石墨烯從所述氧化石墨分離，來(lái)形成分散有所述氧化石墨烯的第二混合液；以及 將堿性溶液及有機(jī)溶劑與所述第二混合液混合，并使所述第二混合液所包含的氧化石墨烯和堿相互起反應(yīng)來(lái)使氧化石墨烯鹽沉淀，收集所述氧化石墨烯鹽。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的形成氧化石墨烯鹽的方法，其中所述氧化劑是硝酸及氯酸鉀；硫酸及高錳酸鉀；或者硝酸、硫酸及氯酸鉀。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的形成氧化石墨烯鹽的方法，其中所述酸性溶液是鹽酸、稀硫酸或硝酸。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的形成氧化石墨烯鹽的方法，其中所述堿性溶液是氫氧化鈉水溶液、氫氧化鉀水溶液、氨水溶液、甲基胺溶液、乙醇胺溶液、二甲基胺溶液或三甲基胺溶液。
10.根據(jù)權(quán)利要求6的形成氧化石墨烯鹽的方法，其中所述有機(jī)溶劑是丙酮、甲醇或乙醇。
11.一種形成氧化石墨烯鹽的方法，其包括如下步驟: 通過(guò)在溶液中將石墨和包含堿金屬鹽的氧化劑混合，來(lái)形成第一沉淀物； 使用酸性溶液使所述第一沉淀物所包含的所述包含堿金屬鹽的氧化劑電離，并從所述第一沉淀物去除所述包含堿金屬鹽的氧化劑，來(lái)形成第二沉淀物；將所述第二沉淀物和水混合，然后混合堿性溶液及有機(jī)溶劑，使通過(guò)氧化所述第二沉淀物所包含的所述石墨而形成的氧化石墨與所述堿性溶液起反應(yīng)，來(lái)形成包含氧化石墨鹽的第三沉淀物；以及 將所述第三沉淀物和水混合，使氧化石墨烯鹽從所述第三沉淀物所包含的所述氧化石墨鹽分離，來(lái)形成氧化石墨烯。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的形成氧化石墨烯鹽的方法，其中所述氧化劑是硝酸及氯酸鉀；硫酸及高錳酸鉀；或者硝酸、硫酸及氯酸鉀。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的形成氧化石墨烯鹽的方法，其中所述酸性溶液是鹽酸、稀硫酸或硝酸。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的形成氧化石墨烯鹽的方法，其中所述堿性溶液是氫氧化鈉水溶液、氫氧化鉀水溶液、氨水溶液、甲基胺溶液、乙醇胺溶液、二甲基胺溶液或三甲基胺溶液。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的形成氧化石墨烯鹽的方法，其中所述有機(jī)溶劑是丙酮、甲醇或乙醇。
16.一種形成氧化石墨烯鹽的方法，其包括如下步驟: 通過(guò)在溶液中將石墨和氧化劑混合，來(lái)形成包含具有氧化石墨及所述氧化劑的第一沉淀物的第一混合液； 從所述第一混合液收集所述第一沉淀物，然后使用酸性溶液從所述第一沉淀物去除所述氧化劑，來(lái)形成包含所述氧化石墨的第二沉淀物； 將所述第二沉淀物和水混合，然后混合堿性溶液及有機(jī)溶劑，使所述第二沉淀物所包含的所述氧化石墨和堿起反應(yīng)，來(lái)形成包含氧化石墨鹽的第三沉淀物；以及 將所述第三沉淀物和水混合，然后對(duì)混合液施加超聲波或機(jī)械攪拌所述混合液，使氧化石墨烯鹽從所述第三沉淀物所包含的所述氧化石墨鹽分離，形成分散有所述氧化石墨烯鹽的第二混合液，并收集所述第二混合液所包含的所述氧化石墨烯鹽。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的形成氧化石墨烯鹽的方法，其中所述氧化劑是硝酸及氯酸鉀；硫酸及高錳酸鉀；或者硝酸、硫酸及氯酸鉀。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的形成氧化石墨烯鹽的方法，其中所述酸性溶液是鹽酸、稀硫酸或硝酸。
19.根據(jù)權(quán)利要求16的形成氧化石墨烯鹽的方法，其中所述堿性溶液是氫氧化鈉水溶液、氫氧化鉀水溶液、氨水溶液、甲基胺溶液、乙醇胺溶液、二甲基胺溶液或三甲基胺溶液。
20.根據(jù)權(quán)利要求16的形成氧化石墨烯鹽的方法，其中所述有機(jī)溶劑是丙酮、甲醇或乙醇。
21.—形成種石墨烯的方法，其包括如下步驟: 通過(guò)在溶液中將石墨和包含堿金屬鹽的氧化劑混合，來(lái)形成第一沉淀物； 使用酸性溶液使所述第一沉淀物所包含的所述包含堿金屬鹽的氧化劑電離，并從所述第一沉淀物去除所述包含堿金屬鹽的氧化劑，來(lái)形成第二沉淀物； 將所述第二沉淀物和水混合形成混合液； 通過(guò)以下形成分散有氧化石墨烯的分散液:對(duì)所述混合液施加超聲波或機(jī)械攪拌所述混合液，使所述氧化石墨烯從氧化石墨分離，所述氧化石墨為所述第二沉淀物中包含的并且被氧化的石墨；將所述分散液、堿性溶液及有機(jī)溶劑混合，并使所述分散液所包含的氧化石墨烯和所述堿性溶液所包含的堿相互反應(yīng)，形成氧化石墨烯鹽；以及通過(guò)將所述氧化石墨烯鹽還原來(lái)形成石墨烯。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的形成石墨烯的方法，其中所述氧化劑是硝酸及氯酸鉀；硫酸及高錳酸鉀；或者硝酸、硫酸及氯酸鉀。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的形成石墨烯的方法，其中所述酸性溶液是鹽酸、稀硫酸或硝酸。
24.根據(jù)權(quán)利要求21的形成石墨烯的方法，其中所述堿性溶液是氫氧化鈉水溶液、氫氧化鉀水溶液、氨水溶液、甲基胺溶液、乙醇胺溶液、二甲基胺溶液或三甲基胺溶液。
25.根據(jù)權(quán)利要求21的形成石墨烯的方法，其中所述有機(jī)溶劑是丙酮、甲醇或乙醇。
26.一種形成石墨烯的方法，其包括如下步驟: 通過(guò)在溶液中將石墨和氧化劑混合，來(lái)形成包含具有氧化石墨及所述氧化劑的第一沉淀物的第一混合液； 從所述第一混合液收集所述第一沉淀物，然后使用酸性溶液從所述第一沉淀物去除所述氧化劑，來(lái)形成包含所述氧化石墨的第二沉淀物； 將所述第二沉淀物和水混合，然后對(duì)混合液施加超聲波或機(jī)械攪拌所述混合液，使氧化石墨烯從所述氧化石墨分離，來(lái)形成分散有所述氧化石墨烯的第二混合液； 將堿性溶液及有機(jī)溶劑與所述第二混合液混合，并使所述第二混合液所包含的氧化石墨烯和堿相互起反應(yīng)來(lái)使氧化石墨烯鹽沉淀，收集所述氧化石墨烯鹽；以及通過(guò)將所述氧化石墨烯鹽還原來(lái)形成石墨烯。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的形成石墨烯的方法，其中所述氧化劑是硝酸及氯酸鉀；硫酸及高錳酸鉀；或者硝酸、硫酸及氯酸鉀。
28.根據(jù)權(quán)利要求26的形成石墨烯的方法，其中所述酸性溶液是鹽酸、稀硫酸或硝酸。
29.根據(jù)權(quán)利要求26的形成石墨烯的方法，其中所述堿性溶液是氫氧化鈉水溶液、氫氧化鉀水溶液、氨水溶液、甲基胺溶液、乙醇胺溶液、二甲基胺溶液或三甲基胺溶液。
30.根據(jù)權(quán)利要求26的形成石墨烯的方法，其中所述有機(jī)溶劑是丙酮、甲醇或乙醇。
31.一種形成石墨烯的方法，其包括如下步驟: 通過(guò)在溶液中將石墨和包含堿金屬鹽的氧化劑混合，來(lái)形成第一沉淀物； 使用酸性溶液使所述第一沉淀物所包含的所述包含堿金屬鹽的氧化劑電離，并從所述第一沉淀物去除所述包含堿金屬鹽的氧化劑，來(lái)形成第二沉淀物； 將所述第二沉淀物和水混合，然后混合堿性溶液及有機(jī)溶劑，使通過(guò)氧化所述第二沉淀物所包含的所述石墨而形成的氧化石墨與所述堿性溶液起反應(yīng)，來(lái)形成包含氧化石墨鹽的第三沉淀物； 將所述第三沉淀物和水混合，使氧化石墨烯鹽從所述第三沉淀物所包含的所述氧化石墨鹽分離，來(lái)形成氧化石墨烯；以及 通過(guò)將所述氧化石墨烯鹽還原來(lái)形成石墨烯。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的形成石墨烯的方法，其中所述氧化劑是硝酸及氯酸鉀；硫酸及高錳酸鉀；或者硝酸、硫酸及氯酸鉀。
33.根據(jù)權(quán)利要求31的形成石墨烯的方法，其中所述酸性溶液是鹽酸、稀硫酸或硝酸。
34.根據(jù)權(quán)利要求31的形成石墨烯的方法，其中所述堿性溶液是氫氧化鈉水溶液、氫氧化鉀水溶液、氨水溶液、甲基胺溶液、乙醇胺溶液、二甲基胺溶液或三甲基胺溶液。
35.根據(jù)權(quán)利要求31的形成石墨烯的方法，其中所述有機(jī)溶劑是丙酮、甲醇或乙醇。
36.一種形成石墨烯的方法，其包括如下步驟: 通過(guò)在溶液中將石墨和氧化劑混合，來(lái)形成包含具有氧化石墨及所述氧化劑的第一沉淀物的第一混合液； 從所述第一混合液收集所述第一沉淀物，然后使用酸性溶液從所述第一沉淀物去除所述氧化劑，來(lái)形成包含所述氧化石墨的第二沉淀物； 將所述第二沉淀物和水混合，然后混合堿性溶液及有機(jī)溶劑，使所述第二沉淀物所包含的所述氧化石墨和堿起反應(yīng)，來(lái)形成包含氧化石墨鹽的第三沉淀物； 將所述第三沉淀物和水混合，然后對(duì)混合液施加超聲波或機(jī)械攪拌所述混合液，使氧化石墨烯鹽從所述第三沉淀物所包含的所述氧化石墨鹽分離，形成分散有所述氧化石墨烯鹽的第二混合液，并收集所述第二混合液所包含的所述氧化石墨烯鹽；以及 通過(guò)將所述氧化石墨烯鹽還原來(lái)形成石墨烯。
37.根據(jù)權(quán)利要求36的形成石墨烯的方法，其中所述氧化劑是硝酸及氯酸鉀；硫酸及高錳酸鉀；或者硝酸、硫酸及氯酸鉀。
38.根據(jù)權(quán)利要求36的 形成石墨烯的方法，其中所述酸性溶液是鹽酸、稀硫酸或硝酸。
39.根據(jù)權(quán)利要求36的形成石墨烯的方法，其中所述堿性溶液是氫氧化鈉水溶液、氫氧化鉀水溶液、氨水溶液、甲基胺溶液、乙醇胺溶液、二甲基胺溶液或三甲基胺溶液。
40.根據(jù)權(quán)利要求36的形成石墨烯的方法，其中所述有機(jī)溶劑是丙酮、甲醇或乙醇。
41.以通式(Gl)表示的氧化石墨烯鹽: [化學(xué)式I] Cn—A—B (Gl) (在該式中，η為自然數(shù)，A表示羰基、羧基和羥基中的任 一個(gè)，B表不銨基、氨基或堿金屬)。
42.根據(jù)權(quán)利要求41的氧化石墨烯鹽，其中石墨烯由所述Cn表示。
【文檔編號(hào)】H01M4/62GK103748035SQ201280040240
【公開(kāi)日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月18日
【發(fā)明者】野元邦治, 井上信洋, 湯川干央, 池沼達(dá)也 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所