一种石墨烯的制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及石墨稀领域，特别涉及一种石墨稀的制备方法。
【背景技术】
[0002]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，应用前景广泛。
[0003]目前，可采用多种方法制备石墨烯，例如机械剥离法、氧化石墨-还原法、化学气相沉积法及有机合成法等。其中，由氧化石墨还原制备石墨烯是目前量产石墨烯的重要方法。氧化石墨是鳞片石墨经氧化制得的，与石墨相比，氧化石墨带有羧基、羟基、环氧基等含氧官能团，能在水等很多极性溶剂中分散，当石墨分散于上述的溶剂中并经剥离后，即可得到氧化石墨烯纳米片悬浮液，其中，所说的氧化石墨烯纳米片就是单层氧化石墨烯。对于该悬浮液中的氧化石墨纳米片，可采用化学、电化学等方法还原而制成石墨烯。要应用石墨烯，还需要将石墨烯从悬浮液中分离出来，但是，直接采用离心分离等手段，会使得石墨烯重新配列成石墨；为防止石墨烯重新配列成石墨，现有技术一般采用冷冻干燥法处理，即将石墨烯悬浮液冷冻后，在低温条件下真空干燥，将溶剂直接升华去除，使石墨烯没有可以供其自由移动的液相，从而防止石墨烯的重新配列。采用冷冻干燥法分离石墨烯时，需要冷冻、抽真空等较为苛刻的条件。综上所述，这种氧化石墨还原成石墨烯的方法，流程长，操作复杂，条件苛刻，并不适用于工业化。
【发明内容】
[0004]本发明实施例公开了一种石墨烯的制备方法，用于解决上述的氧化石墨还原制备石墨烯所存在的问题。技术方案如下:
[0005]本发明首先公开了一种石墨烯的制备方法，包括:
[0006]将氧化石墨与剥离分散剂混合并研磨，使得氧化石墨剥离成氧化石墨烯并分散于剥离分散剂中，形成氧化石墨烯固体分散系；
[0007]将氧化石墨烯固体分散系加热至剥离分散剂燃烧，去除剥离分散剂的同时将氧化石墨烯还原成石墨烯，其中，所述剥离分散剂为碳水化合物和\或其衍生物。
[0008]在本发明的一种优选实施方式中，所述剥离分散剂选自于淀粉、蔗糖及纤维素中的至少一种。
[0009]在本发明的一种优选实施方式中，所述淀粉为天然淀粉或改性淀粉。
[0010]在本发明的一种优选实施方式中，所述纤维素为天然纤维素或改性纤维素。
[0011]在本发明的一种优选实施方式中，所述氧化石墨与剥离分散剂的质量比为1:1-1:
20 ο
[0012]在本发明的一种优选实施方式中，所述氧化石墨与剥离分散剂的质量比为1:1-1: 15ο
[0013]在本发明的一种优选实施方式中，所述氧化石墨与剥离分散剂的质量比为1:1-1:10。
[0014]在本发明的一种优选实施方式中，所述研磨具体为采用球墨机球磨。
[0015]由上述技术方案可见，本发明以碳水化合物和\或其衍生物作为分散剂，通过将氧化石墨与其混合并研磨，形成氧化石墨烯固体分散系；将氧化石墨烯固体分散系加热至分散剂燃烧，去除分散剂的同时，将氧化石墨烯还原成石墨烯;在这个过程中，没有可以供石墨烯自由移动的液相，因而可以防止石墨烯的重新配列。而且本发明的制备方法流程短，操作简单，不需要冷冻、抽真空等较为苛刻的条件，适用于工业化。
【附图说明】
[0016]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1为本发明制备的氧化石墨的XRD图；
[0018]图2为实施例1制备石墨烯的过程中，当用球磨机球磨60分钟时，样品的XRD图；
[0019]图3为实施例1制备石墨烯的过程中，当用球磨机球磨180分钟时，样品的XRD图；
[0020]图4中A为实施例1制备石墨烯的过程中，于400°C加热，30分钟后，样品的XRD图；
[0021]图4中B为实施例1制备好的石墨烯经压制后的XRD图。
【具体实施方式】
[0022]本发明提供的石墨烯的制备方法，首先将氧化石墨与剥离分散剂混合并研磨，使得氧化石墨剥离成氧化石墨烯并分散于剥离分散剂中，形成氧化石墨烯固体分散系；
[0023]本发明以碳水化合物和\或其衍生物作为剥离分散剂，碳水化合物和\或其衍生物一方面起到剥离剂的作用，在研磨过程中，通过与氧化石墨颗粒的作用将氧化石墨剥离成氧化石墨烯；另一方面，碳水化合物和\或其衍生物可以起到分散剂的作用，将剥离所得的氧化石墨烯稳定化防止其重新配列。
[0024]在本发明的一种优选实施方式中，所述剥离分散剂选自于淀粉、蔗糖及纤维素中的至少一种。淀粉分为天然淀粉和改性淀粉，天然淀粉为从植物中提取而得，包括:小麦淀粉、玉米淀粉、马铃薯淀粉、红薯淀粉及绿豆淀粉等。改性淀粉则是在天然淀粉的基础上对其进行化学或物理的改性处理而得，如羧甲基淀粉、膨化淀粉、变性淀粉等。同样地，纤维素也分为天然纤维素和改性纤维素，天然纤维素是由D-吡喃式葡萄糖基通过1、4-β苷键连接而成的线性高分子化合物，是构成植物细胞的基本成分，存在于高等植物细胞壁中。改性纤维素是在天然纤维素的基础上，通过对其进行物理、化学的处理而得，如羧甲基纤维素(也称羧甲基纤维素钠)、微晶纤维素、改性羟丙基甲基纤维素及醋酸丁酸纤维素等。
[0025]氧化石墨是否被剥离成氧化石墨烯，可以通过XRD(X射线衍射)表征来确定。氧化石墨在2Θ角10?14°左右有一尖锐的特征峰，当研磨氧化石墨至该特征消失时，即可确定氧化石墨被剥离成氧化石墨烯。一般来说，所用的剥离分散剂不同，所需的研磨时间也不同，本领域技术人员可以根据所选用的剥离分散剂，通过XRD来确定将氧化石墨剥离成氧化石墨烯所需要的时间。研磨工艺为常规技术，本发明在此不进行限定，例如可以采用球磨机球磨。
[0026]在本发明中，氧化石墨与剥离分散剂比例只需要保证氧化石墨能够被剥离成氧化石墨烯即可，二者质量比优选为1:1-1:20，更优选为1:1-1:15，最优选为1:1-1:10。
[0027]当获得氧化石墨烯固体分散系后，将其加热一段时间至剥离分散剂燃烧完毕，去除剥离分散剂的同时将氧化石墨烯还原成石墨烯。剥离分散剂通过燃烧后转化为二氧化碳、水蒸汽等小分子。同时氧化石墨烯在高温下可以被还原成石墨烯。需要说明的是，不同的剥离分散剂其所对应的燃点是不同的，因此，本发明在此对加热的温度不进行限定，同理，对加热时间也不进行限定，本领域技术人员可以根据所采用的具体剥离分散剂来确定所需要加热的温度及时间，例如当采用马铃薯淀粉时，可以加热至400°C，30-