由微晶石墨溶剂热剥离制备微晶石墨烯的方法_5

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2)拉曼光谱测试:从结果可知最终产物的D峰强度和G峰强度之比(ID/Ie) ;D峰代表SP3杂化碳的成键模型的振动吸收峰,如:“c-c”,“c-0”,“c = O”等,G峰代表SP 2杂化碳的成键模型的振动吸收峰,即:“c = C”,ID/Ie的值为0.14,G峰强度较大,说明最终产物的结构并没有破坏;通过拉曼测试结果表明最终产物缺陷较少,品质较高;
[0138](3)电子显微镜检测:从扫描电子显微镜检测结果和透射电子显微镜检测结果,可以看到的最终产物是数十纳米到数微米的片层结构;随机选择最终产物上的(a)点和(b)点进行分辨率为0.2nm的透射电子显微镜检测,结果显示最终产物的片层在7层以下。
[0139]实施例9
[0140]一种由微晶石墨溶剂热剥离制备微晶石墨烯的方法,所述方法步骤如下:
[0141](I)称取3.6g微晶石墨粉末,加入900mL溶剂I中,所述溶剂I由N-甲基吡咯烷酮、N,N- 二甲基乙酰胺、N,N- 二甲基甲酰胺、丁内酯和邻二氯苯以体积比1:1:1:1:1混合而成,搅拌30min,然后超声处理30min,超声功率为100W,使微晶石墨与溶剂I混合均匀,得到黑色的悬池液I,其中,微晶石墨的浓度为4mg mL_1;
[0142](2)将步骤⑴得到的悬浊液I装入1200mL底面直径为12cm的反应釜中,所述反应釜的内衬材料为聚四氟乙烯,向反应釜内放入直径为4cm的磁子,将反应釜密闭,在烘箱中加热至200°C并保持所述温度,搅拌反应65h,得到黑色的悬浊液2 ;
[0143](3)待反应釜中步骤(2)得到的悬浊液2冷却至室温后,转移至烧杯中,在冰水浴中进行超声处理3次,每次超声功率为90W,持续lOmin,得到黑色悬浊液3 ;
[0144](4)将步骤(3)得到的悬浊液3转移至50mL的离心管中,以8000转/分钟的转速进行离心分离,离心30min,将上层清液回收,收集下层沉淀,得到沉淀I ;
[0145](5)将步骤(4)得到的沉淀I分散到500mL的无水异丙醇中,经超声功率为500W超声分散30min后,转移至10mL的离心管中,以8000转/分钟的转速进行离心分离,离心20min后,将上层清液回收,收集下层沉淀;再重复所述操作一次,即将本步收集的下层沉淀分散到500mL的无水异丙醇中,经超声功率为500W超声分散30min后,转移至10mL的离心管中,以8000转/分钟的转速进行离心分离,离心20min后,将上层清液回收,收集下层沉淀,得到沉淀2;
[0146](6)将步骤(5)得到的沉淀2分散到500mL的蒸馏水中,经超声功率为200W超声分散60min后,转移至10mL的离心管中,以7000转/分钟的转速离心,离心1min后,倒掉上层清液,收集下层沉淀;再重复所述操作一次,即将本步收集的下层沉淀分散到500mL的蒸馏水中,经超声功率为200W超声分散60min后,转移至10mL的离心管中,以7000转/分钟的转速进行离心分离,离心1min后,倒掉上层清液,收集下层沉淀,得到沉淀3 ;
[0147](7)将步骤(6)得到的沉淀3加入20mL的蒸馏水中,超声分散7min,超声功率为100W,得到沉淀3的水溶液,将沉淀3的水溶液在液氮中冷冻,再进行真空干燥,真空度为8?12MPa,得到最终产物。
[0148]对最终产物进行如下测试:
[0149](I)X射线粉末衍射测试:结果出现了石墨烯片层堆叠的特征衍射峰25°,说明最终广物为微晶石墨稀;
[0150](2)拉曼光谱测试:从结果可知最终产物的D峰强度和G峰强度之比(ID/Ie) ;D峰代表SP3杂化碳的成键模型的振动吸收峰,如:“c-c”,“c-0”,“c = O”等,G峰代表SP 2杂化碳的成键模型的振动吸收峰,即:“c = C”,ID/Ie的值为0.11,G峰强度较大,说明最终产物的结构并没有破坏;通过拉曼测试结果表明最终产物缺陷较少,品质较高;
[0151](3)电子显微镜检测:从扫描电子显微镜检测结果和透射电子显微镜检测结果,可以看到的最终产物是数十纳米到数微米的片层结构;随机选择最终产物上的(a)点和(b)点进行分辨率为0.2nm的透射电子显微镜检测,结果显示最终产物的片层在7层以下。
[0152]本发明包括但不限于以上实施例,凡是在本发明精神的原则之下进行的任何等同替换或局部改进,都将视为在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种由微晶石墨溶剂热剥离制备微晶石墨烯的方法,其特征在于:步骤如下: (1)将微晶石墨粉末与溶剂I混合均匀,得到悬浊液I,微晶石墨的浓度为ImgmL—1?30mg mL S 溶剂I为有机试剂与邻二氯苯的混合溶液,有机试剂为N-甲基吡咯烷酮、N,N- 二甲基甲酰胺、N,N- 二甲基乙酰胺和丁内酯中的一种以上; (2)将悬浊液I装入密闭容器中,加热至180°C?210°C并保持所述温度,搅拌反应彡24h结束,得到悬浊液2 ; (3)将悬浊液2冷却至室温后,在0°C?5°C中进行超声处理,超声功率为80W?100W,持续彡lOmin,得到悬浊液3 ; (4)将悬浊液3离心分离,收集下层沉淀,得到沉淀I; (5)将沉淀I分散到溶剂2中形成均一悬浊液4,离心分离,收集下层沉淀,得到沉淀2; 所述溶剂2为甲醇、乙醇、异丙醇或正丙醇; (6)将沉淀2分散到水中形成均一悬浊液5,离心分离,收集下层沉淀,得到沉淀3; (7)将沉淀3分散到水中形成均一悬浊液6,将悬浊液6在<1min冷冻成固体,再进行真空干燥,得到微晶石墨烯。
2.根据权利要求1所述的一种由微晶石墨溶剂热剥离制备微晶石墨烯的方法,其特征在于:步骤(I)中,有机试剂与邻二氯苯的体积比为4:1?1:3 ;混合为先搅拌,再超声分散;超声功率为80W?100W。
3.根据权利要求1所述的一种由微晶石墨溶剂热剥离制备微晶石墨烯的方法,其特征在于:步骤(2)中,密闭容器为用聚四氟乙烯作为内衬的反应釜;向密闭容器中加入磁子进行磁力搅拌;密闭容器底面直径与磁子的直径比例为2:1?5:1 ;搅拌反应24h?72h。
4.根据权利要求1所述的一种由微晶石墨溶剂热剥离制备微晶石墨烯的方法,其特征在于:步骤(3)中,悬浊液2冷却至室温后,在冰水浴中进行超声处理;超声处理分多次进行,每次持续1min?30min。
5.根据权利要求1所述的一种由微晶石墨溶剂热剥离制备微晶石墨烯的方法,其特征在于:步骤⑷中,离心分离的转速为5000转/分钟?8000转/分钟,离心1min?30min。
6.根据权利要求1所述的一种由微晶石墨溶剂热剥离制备微晶石墨烯的方法,其特征在于:步骤(5)中,以100W?500W的功率超声分散30min?60min后进行离心分离;离心分离的转速为5000转/分钟?8000转/分钟,离心1min?30min ;步骤(5)进行彡2次。
7.根据权利要求1所述的一种由微晶石墨溶剂热剥离制备微晶石墨烯的方法,其特征在于:步骤(6)中,水的纯度为蒸馏水纯度以上的水;以100W?500W的功率超声分散30min?60min后进行离心分离;所述离心分离的转速为4000转/分钟?8000转/分钟,离心1min?30min ;步骤(6)进行^ 2次。
8.根据权利要求1所述的一种由微晶石墨溶剂热剥离制备微晶石墨烯的方法,其特征在于:步骤(7)中,水为在蒸馏水纯度以上的水;超声分散,超声功率为80W?100W,超声5min?1min ;采用液氮进行冷冻。
【专利摘要】本发明涉及一种由微晶石墨溶剂热剥离制备微晶石墨烯的方法,属于石墨烯材料制备技术领域。该方法为:将微晶石墨粉末与N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺和丁内酯中一种以上与邻二氯苯的混合溶液混合均匀,微晶石墨浓度为1~30mg·mL-1;装入密闭容器加热至180~210℃搅拌≥24h;在0~5℃中以80~100W超声持续处理≥10min;离心分离收集沉淀;分散到甲醇、乙醇、异丙醇或正丙醇中,离心分离收集沉淀;分散到水中,离心分离收集沉淀;分散到水中,在≤10min冷冻成固体,真空干燥,得到微晶石墨烯。该方法原材料成本低,品位高,储量大,制备简单,成本低廉,可放大生产。
【IPC分类】C01B31-04
【公开号】CN104843679
【申请号】CN201510156136
【发明人】曲良体, 郑观培, 胡传刚, 胡仔健, 何新元, 王勇
【申请人】北京理工大学, 南方石墨有限公司, 北京泰和鼎晟科技发展有限公司
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年4月3日
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