氧化石墨烯及石墨烯的制备方法
【专利摘要】氧化石墨烯及石墨烯的制备方法，包括以下步骤：氧化石墨烯的制备方法：将石墨原料、溶剂及氧化剂混合均匀，置于密闭反应容器中，于40～120℃下搅拌反应0.5～6h，减压、抽滤、洗涤后，将过虑物真空干燥、研磨处理，将干燥研磨后的产物均匀分散于去离子水中，于酸性条件下加入氧化剂，于0～4℃搅拌反应1～4h，升温至20～40℃搅拌反应1～2h，将反应后的悬浊液分离提纯，分散于去离子水中喷雾干燥即为氧化石墨烯；石墨烯的制备方法：将氧化石墨烯超声分散于去离子水中，加入还原剂进行还原反应后，洗涤干燥处理制得石墨烯。
【专利说明】氧化石墨烯及石墨烯的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及石墨烯【技术领域】，具体涉及一种氧化石墨烯的制备方法及以氧化石墨烯制备石墨烯的方法。
[0002]
【背景技术】
[0003]石墨烯是一种只有一个原子厚度的二维碳膜，是人们迄今发现的唯一一种由单层原子构成的材料，碳膜中碳原子之间由化学键连接成六角网络，由于碳原子之间的化学键由sp2杂化轨道组成，因此石墨烯很顽强，具备可弯折、导电性强、机械强度好、透光性好等其他新材料不具备的优良特性。石墨烯具备非比寻常的导电性能，电阻率很小，电子可以极高效地迁移，这方面性能要比传统的导体和半导体高很多；电子在石墨烯中迁移不存在电子与原子的碰撞，可以大大减少能量损耗；石墨烯具备极好的透光性，但是不透气，可以用来开发新一代保护层材料，并且可以用来开发透明电子产品及可穿戴电子产品。石墨烯产品的制备方法多样，但是存在一些弊端，尤其是在制备过程中难以控制产品质量和产率，生产过程中的加工条件稍微变化如温度和时间的变化，就会给产品的质量和产率带来很大影响，因此难以实现规模化制备。
[0004]
【发明内容】
[0005]针对上述现存技术问题，本发明提供了一种工艺简单、易操作的制备氧化石墨烯及石墨烯的方法，制备条件对产品质量和产率影响相对较小，产品质量和产率易于控制，适合规模化生产。
[0006]本发明解决上述技术问题所采取的技术方案为:一种氧化石墨烯及石墨烯的制备方法，包括以下步骤:
al.氧化石墨烯的制备方法:将石墨原料、溶剂及氧化剂混合均匀，置于密闭反应容器中，于4(T12(TC下搅拌反应0.5飞h，减压、抽滤、洗涤后，将过虑物真空干燥、研磨。
[0007]a2.二次氧化:将干燥后的产物均匀分散于去离子水中，于酸性条件下加入氧化齐U，于(T4°c搅拌反应f 4h，升温至2(T40°C搅拌反应f 2h，将反应后的悬浊液分离提纯，分散于去离子水中喷雾干燥即为氧化石墨烯。
[0008]b.石墨烯的制备方法:将氧化石墨烯超声分散于去离子水中，加入还原剂进行还原反应后，洗涤干燥处理制得石墨烯。
[0009]作为优选，所述石墨原料为鳞片石墨、石墨粉或膨胀石墨。
[0010]作为优选，所述溶剂为浓硫酸，浓硫酸与石墨原料的重量比为1(Γ50:1。。
[0011]作为优选，al中所述氧化剂为高锰酸钾，所述高锰酸钾与石墨原料的重量比为3^8:1 ；a2中所述氧化剂为高锰酸钾与过氧化氢，所述高锰酸钾与石墨原料的重量比为广4:1，所述过氧化氢与石墨原料的重量比为5?10:1，a2中所述去离子水与石墨原料的重量比为100?1000:1。
[0012]a2所述分离提纯过程为:于室温下将悬浊液进行离心沉降，去除上层清液，沉降物中加入去离子水并搅拌5?1min后进行离心沉降，去除上层清液，重复加入去离子水并离心的过程广2次，取沉降物加入无水乙醇，搅拌ClOmin后，进行离心沉降，取沉降物重复无水乙醇洗涤广2次后，将沉降物干燥处理。
[0013]作为优选，所述离心转速为4500?6000r/min,时间为3?8min。
[0014]作为优选，所述还原剂为NaOH、KOH或水合肼。
[0015]作为优选，还原剂与氧化石墨烯的质量比为广4:1。
[0016]与现有技术相比，本发明的技术方案具备的优点:本发明同时提供了石墨烯及作为制备石墨烯原料的氧化石墨烯的制备方法，工艺简单而且易于操作，原辅料的选择比较常见，适合规模化生产；本发明氧化石墨烯的制备过程中，两次氧化过程使石墨被氧化剥离程度较深；分离纯化过程可以得到纯度极高的氧化石墨，并最终得到高质量的氧化石墨烯及石墨稀。
[0017]
【具体实施方式】
[0018]一种氧化石墨烯及石墨烯的制备方法，包括以下步骤:
al.制备氧化石墨烯:将石墨原料、溶剂及氧化剂混合均匀，置于密闭反应容器中，于4(T12(TC下搅拌反应0.5飞h，减压、抽滤、洗涤后，将过虑物真空干燥、研磨。
[0019]a2.二次氧化:将干燥后的产物均匀分散于去离子水中，于酸性条件下加入氧化齐U，于(T4°c搅拌反应f 4h，升温至2(T40°C搅拌反应f 2h，将反应后的悬浊液分离提纯，分散于去离子水中喷雾干燥即为氧化石墨烯。
[0020]b.石墨烯的制备方法:将氧化石墨烯超声分散于去离子水中，加入还原剂进行还原反应后，洗涤干燥处理制得石墨烯。
[0021]本发明制备氧化石墨烯的过程分为两个步骤，包括两次氧化，可以使石墨深度氧化和剥离。
[0022]所述石墨原料可以为鳞片石墨、石墨粉或膨胀石墨，优选膨胀石墨或3(Γ1000目的石墨粉，因为膨胀石墨结构疏松，石墨粉颗粒较细，这都有利于石墨的氧化及剥离。
[0023]所述溶剂为浓硫酸，浓硫酸与石墨原料的重量比为1(Γ50:1。
[0024]al中所述氧化剂为高锰酸钾，所述高锰酸钾与石墨原料的重量比为3?8:1，在浓硫酸的溶液中高锰酸钾的氧化作用非常强，可以较为彻底的氧化石墨；a2中所述氧化剂为高锰酸钾与过氧化氢，所述高锰酸钾与石墨原料的重量比为广4:1，所述过氧化氢与石墨原料的重量比为5?10:1，a2中所述去离子水与石墨原料的重量比为10(Γ1000:1。
[0025]二次氧化的具体过程为:将干燥后的产物超声分散于少量去离子水中，去离子水的量与石墨原料的重量比为1(T30:1,加入盐酸或硫酸调节PH小于3,加入高猛酸钾于(T4°C搅拌反应f4h，加入过氧化氢，升温至2(T40°C搅拌反应f2h，将反应后的悬浊液分离提纯，分散于去离子水中喷雾干燥。
[0026]a2所述分离提纯过程为:于室温下将悬浊液进行离心沉降，去除上层清液，沉降物中加入去离子水并搅拌5?1min后进行离心沉降，去除上层清液，重复加入去离子水并离心的过程广2次，取沉降物加入无水乙醇，搅拌5?10min后，进行离心沉降，取沉降物重复无水乙醇洗涤广2次后，将沉降物干燥处理。
[0027]所述分离过程可以得到纯度很高的氧化石墨固体，而且采用无水乙醇离心洗涤可以克服水洗过程中存在的固液分离难及洗涤不彻底的问题。
[0028]所述离心转速为4500?6000r/min,时间为3?8min。
[0029]所述还原剂为NaOH、KOH或水合肼，还原剂与氧化石墨烯的质量比为I?4:1。
[0030]将还原反应后的溶液过滤，取过滤物干微波加热处理，处理后冷却酸洗、水洗过滤、过滤物干燥即为石墨烯。
[0031]下面结合具体实施例对本发明的一种氧化石墨烯及石墨烯的制备方法做进一步的说明:
实施例1:
氧化石墨烯的制备方法:取I份石墨粉作为石墨原料与10份浓硫酸及3份高锰酸钾混合均匀，置于密闭反应容器中，于40°C水浴加热条件下搅拌反应6h，经减压、抽滤、洗涤后，将过虑物真空干燥、研磨。将干燥研磨后的产物超声分散于10份去离子水中，加入盐酸调节PH小于3，加入I份高锰酸钾于0°C搅拌反应4h，加入5份过氧化氢，升温至20°C水浴搅拌反应2h，将反应后的悬浊液分离提纯，分散于去离子水中喷雾干燥即得氧化石墨烯，上述份数为重量份。
[0032]上述分离提纯的过程具体为:于室温下将悬浊液进行离心沉降，去除上层清液，沉降物中加入去离子水并搅拌5min后进行离心沉降，去除上层清液，重复加入去离子水并离心的过程I次，取沉降物加入无水乙醇，搅拌5min后，进行离心沉降，取沉降物重复无水乙醇洗涤I次后，将沉降物干燥处理。上述离心条件为:4500r/min，离心3min。
[0033]石墨烯的制备方法:取I份氧化石墨烯超声分散于去离子水中，加入I份还原剂NaOH进行还原反应后，将还原反应后的溶液过滤，取过滤物干微波加热处理，处理后冷却酸洗、水洗过滤、过滤物干燥即为石墨烯。所述份数为重量份。
[0034]实施例2:
氧化石墨烯的制备方法:取I份鳞片石墨作为石墨原料与50份浓硫酸及8份高锰酸钾混合均匀，置于密闭反应容器中，于120°C油浴加热条件下搅拌反应0.5h，经减压、抽滤、洗涤后，将过虑物真空干燥、研磨。将干燥研磨后的产物超声分散于30份去离子水中，加入硫酸调节PH小于3，加入4份高锰酸钾于4°C搅拌反应lh，加入10份过氧化氢，升温至40°C水浴搅拌反应lh，将反应后的悬浊液分离提纯，分散于去离子水中喷雾干燥即得氧化石墨烯，上述份数为重量份。
[0035]上述分离提纯的过程具体为:于室温下将悬浊液进行离心沉降，去除上层清液，沉降物中加入去离子水并搅拌1min后进行离心沉降，去除上层清液，重复加入去离子水并离心的过程2次，取沉降物加入无水乙醇，搅拌1min后，进行离心沉降，取沉降物重复无水乙醇洗涤2次后，将沉降物干燥处理。上述离心条件为:6000r/min，离心8min。
[0036]石墨烯的制备方法:取I份氧化石墨烯超声分散于去离子水中，加入4份还原剂KOH进行还原反应后，将还原反应后的溶液过滤，取过滤物干微波加热处理，处理后冷却酸洗、水洗过滤、过滤物干燥即为石墨烯。所述份数为重量份。
[0037]实施例3: 氧化石墨烯的制备方法:取I份膨胀石墨作为石墨原料与30份浓硫酸及5份高锰酸钾混合均匀，置于密闭反应容器中，于80°C水浴加热条件下搅拌反应2h，经减压、抽滤、洗涤后，将过虑物真空干燥、研磨。将干燥研磨后的产物超声分散于20份去离子水中，加入硫酸调节PH小于3，加入3份高锰酸钾于2°C搅拌反应2.5h，加入7份过氧化氢，升温至30°C水浴搅拌反应2h，将反应后的悬浊液分离提纯，分散于去离子水中喷雾干燥即得氧化石墨烯，上述份数为重量份。
[0038]上述分离提纯的过程具体为:于室温下将悬浊液进行离心沉降，去除上层清液，沉降物中加入去离子水并搅拌7min后进行离心沉降，去除上层清液，重复加入去离子水并离心的过程I次，取沉降物加入无水乙醇，搅拌9min后，进行离心沉降，取沉降物重复无水乙醇洗涤2次后，将沉降物干燥处理。上述离心条件为:5200r/min，离心7min。
[0039]石墨烯的制备方法:取I份氧化石墨烯超声分散于去离子水中，加入3份还原剂水合肼进行还原反应后，将还原反应后的溶液过滤，取过滤物干微波加热处理，处理后冷却酸洗、水洗过滤、过滤物干燥即为石墨烯。所述份数为重量份。
[0040]应当说明的是，本发明所列举的实施例及原料仅为较适合条件下的方法与原料，在不脱离本发明构思和原理的前提下所作出的简单修饰或修改都将落入本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种氧化石墨烯及石墨烯的制备方法，其特征在于包括以下步骤: al.氧化石墨烯的制备方法:将石墨原料、溶剂及氧化剂混合均匀，置于密闭反应容器中，于4(T12(TC下搅拌反应0.5飞h，减压、抽滤、洗涤后，将过虑物真空干燥、研磨； a2.二次氧化:将干燥后的产物均匀分散于去离子水中，于酸性条件下加入氧化剂，于(T4°C搅拌反应f4h，升温至2(T40°C搅拌反应f2h，将反应后的悬浊液分离提纯，分散于去离子水中喷雾干燥即为氧化石墨烯； b.石墨烯的制备方法:将氧化石墨烯超声分散于去离子水中，加入还原剂进行还原反应后，洗涤干燥处理制得石墨烯。
2.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯及石墨烯的制备方法，其特征在于:所述石墨原料为鳞片石墨、石墨粉或膨胀石墨。
3.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯及石墨烯的制备方法，其特征在于:所述溶剂为浓硫酸，浓硫酸与石墨原料的重量比为1(Γ50:1。
4.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯及石墨烯的制备方法，其特征在于:al中所述氧化剂为高锰酸钾，所述高锰酸钾与石墨原料的重量比为3?8:1 ;a2中所述氧化剂为高锰酸钾与过氧化氢，所述高锰酸钾与石墨原料的重量比为广4:1，所述过氧化氢与石墨原料的重量比为5?10:1，a2中所述去离子水与石墨原料的重量比为10(Γ1000:1。
5.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯及石墨烯的制备方法，其特征在于:a2所述分离提纯过程为:于室温下将悬浊液进行离心沉降，去除上层清液，沉降物中加入去离子水并搅拌5?10min后进行离心沉降，去除上层清液，重复加入去离子水并离心的过程f 2次，取沉降物加入无水乙醇，搅拌5?10min后，进行离心沉降，取沉降物重复无水乙醇洗涤广2次后，将沉降物干燥处理。
6.根据权利要求5所述的一种氧化石墨烯及石墨烯的制备方法，其特征在于:所述离心转速为450(T6000r/min，时间为3?8min。
7.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯及石墨烯的制备方法，其特征在于:所述还原剂为NaOH、KOH或水合肼。
8.根据权利要求1或7所述的一种氧化石墨烯及石墨烯的制备方法，其特征在于:还原剂与氧化石墨烯的质量比为广4:1。
【文档编号】C01B31/04GK104386679SQ201410638933
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月13日 优先权日:2014年11月13日
【发明者】姜辉 申请人:苏州经贸职业技术学院