[0031]实施例5:
(1)重复实施例4中(1)和(2)步骤，将得到的水洗膨胀石墨加入水中，采用500 W剪切分散机在18，000转时进行剪切剥离30分钟，得到石墨烯分散液。
[0032](2)将步骤(1)中的石墨烯分散液抽滤，并分散在N-甲基吡咯烷酮、N，N_ 二甲基甲酰胺、N，N-二甲基亚砜、苯甲酸苄酯、异丙醇等溶剂中。上述方法得到的石墨烯分散在N-甲基吡咯烷酮，N, N- 二甲基甲酰胺、N, N- 二甲基亚砜、苯甲酸苄酯、异丙醇等溶剂中的分散液静置一个月后无明显的沉淀产生。
[0033]实施例6:
(1)重复实施例4中(1)和(2)步骤，将得到的水洗膨胀石墨加入水中，采用750W、高压流体粉碎机在25°C、以1.0L/h流速处理上述混合液，得到石墨烯分散液。
[0034](2 )将步骤(1冲的石墨烯分散液抽滤，并分散在N-甲基吡咯烷酮、N，N- 二甲基甲酰胺、N，N-二甲基亚砜、苯甲酸苄酯、异丙醇等溶剂中。上述方法得到的石墨烯分散在N-甲基吡咯烷酮，N, N- 二甲基甲酰胺、N, N- 二甲基亚砜、苯甲酸苄酯、异丙醇等溶剂中的分散液静置一个月后无明显的沉淀产生。
[0035]实施例7:
(l)10g过硫酸钾加入100ml浓硫酸中，再加入lg原料石墨，搅拌20分钟后，在室温条件下静置4小时，得含酸膨胀石墨。
[0036](2)将步骤(1)中的含酸膨胀石墨加入去离子水中，抽滤后水洗，得水洗后的膨胀石墨。
[0037](3)将步骤(2)中水洗后的膨胀石墨在湿态条件下加入水中，通过500 W、20 kHz的探头超声在25°C下处理50分钟，得到石墨烯分散液。
[0038](4)将步骤(3)中的石墨烯分散液通过离心方法除去溶剂，并分散在N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基亚砜、苯甲酸苄酯、异丙醇等溶剂中。
[0039]上述方法所得的石墨烯分散在N-甲基吡咯烷酮，N，N- 二甲基甲酰胺、N，N- 二甲基亚砜、苯甲酸苄酯、异丙醇等溶剂中的分散液静置一个月后无明显的沉淀产生，说明本方法得到的石墨烯性能稳定。拉曼光谱上几乎没有D带的峰，说明得到的石墨烯是低缺陷石墨稀。
[0040]实施例8:
(1)将log过硫酸钠加入100毫升浓硫酸中，并加入lg原料石墨，搅拌10分钟后，在室温条件下静置4.5小时，得含酸膨胀石墨。
[0041 ] (2)将步骤(1)中的含酸膨胀石墨加入去离子水中，抽滤后水洗，得水洗后的膨胀石墨。
[0042](3)将步骤(2)中水洗后的膨胀石墨抽滤后，在湿态条件下加入水中，通过500 W、20 kHz的探头超声在25°C下处理40分钟，得到石墨烯分散液。
[0043](4)将步骤(3)中的石墨烯分散液抽滤，并分散在N-甲基吡咯烷酮、N，N_ 二甲基甲酰胺、N，N-二甲基亚砜、苯甲酸苄酯、异丙醇等溶剂中。
[0044]上述方法制得的石墨烯分散在N-甲基吡咯烷酮，N，N_ 二甲基甲酰胺、N，N_ 二甲基亚砜、苯甲酸苄酯、异丙醇等溶剂中的分散液静置一个月后无明显的沉淀产生，说明本方法得到的石墨烯性能稳定。拉曼光谱上几乎没有D带的峰，说明得到的石墨烯是低缺陷石墨稀。
[0045]对比例1:
(1)将lg原料石墨加入100毫升双氧水中，室温条件下搅拌20分钟，随后静置48小时。
[0046](2)将步骤(1)中的混合液加入去离子水中，抽滤后反复洗涤，得水洗产物。
[0047](3)将步骤(2)中水洗后的产物在湿态条件下加入水中，通过500 W、20 kHz的探头超声在25°C下处理2小时，得到分散液。
[0048](4)将步骤(3)中的分散液抽滤，并分散在N-甲基吡咯烷酮、N，N- 二甲基甲酰胺、N, N-二甲基亚砜、苯甲酸苄酯、异丙醇等溶剂中。
[0049]上述方法中石墨未见膨胀，并且经超声处理后，未得到显著量的剥离石墨烯。
[0050]对比例2:
重复对比例1中(1)和(2)步骤，将湿态水洗膨胀石墨加入水中，采用750W、高压流体粉碎机在25°C、以1.0L/h流速处理上述混合液。将分散液抽滤后分散于N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基亚砜、苯甲酸苄酯、异丙醇等溶剂中。石墨未见膨胀，并且经高压流体粉碎处理后，未得到剥离石墨烯。
[0051]对比例3:
(1)将lg原料石墨加入100毫升浓硫酸中，室温条件下搅拌20分钟，随后静置48小时。
[0052](2)将步骤(1)中的酸性混合液加入去离子水中，抽滤后反复洗涤，得水洗产物
(3)将步骤(2)中水洗后的产物在湿态条件下加入水中，通过500 W、20 kHz的探头超声在25°C下处理2小时，得到分散液。
[0053](4)将步骤(3)中的分散液抽滤，并分散在N-甲基吡咯烷酮、N，N- 二甲基甲酰胺、N, N-二甲基亚砜、苯甲酸苄酯、异丙醇等溶剂中。
[0054]上述方法中石墨未见膨胀，并且经超声处理后，未得到剥离石墨烯。
[0055]对比例4:
重复对比例:3中(1)和(2)步骤，将湿态水洗膨胀石墨加入水中，采用750W、高压流体粉碎机在25°C、以1.0L/h流速处理上述混合液。将分散液抽滤后分散于N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基亚砜、苯甲酸苄酯、异丙醇等溶剂中。石墨未见膨胀，并且经高压流体粉碎处理后，未得到显著量的剥离石墨烯。
【主权项】
1.一种常温常压下直接制备膨胀石墨或石墨烯的方法，其特征在于:首先将原料石墨分散于酸性溶液中，得到悬浮液，然后将得到的悬浮液在常温常压下静置一段时间，得到膨胀石墨；膨胀石墨水洗处理后经剥离，得到石墨烯分散液；石墨烯分散液通过固液分离除去溶剂后，可分散于有机溶剂中形成浆料；具体步骤如下: (1 )将1重量份的原料石墨加入到1-200重量份的酸性溶液中，得到悬浮液，将得到的悬浮液在常温常压下搅拌1分钟_2小时后，静置1-48小时，得到膨胀石墨；所述的酸性溶液为含有氧化剂的硫酸溶液，氧化剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠或双氧水中任一种，氧化剂用量为石墨重量的0.1-20倍； (2 )将得到的膨胀石墨用去离子水洗涤后，过滤得到湿态膨胀石墨；将湿态膨胀石墨在溶液中进行剥离，得石墨烯分散液； (3 )将剥离后的石墨烯分散液进行喷雾干燥，得到石墨烯粉体，或离心/过滤处理后，得到石墨烯浆料或湿态石墨烯固体，该湿态石墨烯固体易于再次分散到其它溶剂中。2.根据权利要求1所述的常温常压下直接制备膨胀石墨或石墨烯的方法，其特征在于:步骤(1)中所述的原料石墨是指鳞片石墨、人造石墨或热解石墨中任一种，碳含量大于95%。3.根据权利要求1所述的常温常压下直接制备膨胀石墨或石墨烯的方法，其特征在于:步骤(2)中所述的溶液为纯水溶液、N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、甲苯、乙苯、氯苯、二氯苯、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、戊醇、苯甲酸苄酯、醋酸乙酯、醋酸丁酯或氯仿中一种或几种。4.根据权利要求1所述的常温常压下直接制备膨胀石墨或石墨烯的方法，其特征在于:步骤(2)中所述剥离方法为水浴超声、探头超声、高速剪切、流体粉碎或它们之间的任意组合，其中:水浴超声的超声功率为20-5000W，探头超声的超声功率为50-5000W ;超声时体系温度控制在80°C以下，超声时间为10分钟-10小时；高速剪切中的剪切功率为100W-10kW，剪切速率为1000-100，000转，操作温度控制在80°C以下，剪切时间为10分钟-10小时；流体粉碎剥离时流体压力控制在200 MPa以下，流量控制在1.0 -500 L/h，操作温度在80°C以下。5.根据权利要求1所述的常温常压下直接制备膨胀石墨或石墨烯的方法，其特征在于:步骤(3)所述的喷雾干燥采用常规水相或有机相喷雾干燥设备，分离离心机的转速为.1，000-20，000 rpm.
【专利摘要】本发明公开了一种常温常压下直接制备膨胀石墨或石墨烯的方法。以石墨为原料，采用氧化剂和酸性介质，在常温常压下直接制备膨胀石墨和石墨烯。具体步骤如下：首先将石墨分散于含氧化剂的酸性介质中，然后将所得到的悬浮液在常温常压下静置，得到膨胀石墨。本发明制备膨胀石墨不涉及任何高温高压反应过程，操作安全，能耗低，效率高，环境友好。本发明得到的膨胀石墨可实现50-1500倍的体积膨胀，并且石墨烯片层的sp2杂化结构基本不会被破坏。本发明制备的膨胀石墨可广泛应用于储能、热量管理、光电子器件、太阳能电池、防腐涂料以及各种复合材料等领域。本发明制备的膨胀石墨也可作为制备高质量石墨烯的前驱体，将膨胀石墨进行力学剥离，可获得基本不含缺陷的高质量石墨烯。
【IPC分类】C01B31/04
【公开号】CN105253878
【申请号】CN201510792745
【发明人】卢红斌, 张佳佳, 陈宇菲
【申请人】复旦大学
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年11月18日