一种石墨烯混合物的组分定量分析方法与流程

本发明涉及石墨烯应用领域，特别涉及一种石墨烯混合物的组分定量分析方法。

背景技术：

石墨烯凭借其优异的物理、化学性能在锂电池、散热薄膜、防腐涂料、超级电容器、工程塑料等领域表现出了广阔的应用前景，并且，在众多应用领域中，石墨烯主要是以添加剂的形式与其他材料进行复合。例如，在锂离子电池领域，通过将石墨烯与碳纳米管、石墨、炭黑、富勒烯等碳系材料复合，制备电极用导电剂。添加的石墨烯可以改善活性物质颗粒之间以及与集流体之间的接触，降低电极内阻；同时，在极片中，石墨烯还可以和活性物质实现具有更低导电阈值的“面-点”接触，能够在更大空间跨度上构建导电网络，实现整个电极的“长程导电”，从而显著改善锂电池的能量密度、倍率性能和循环性能等。

但在这些复合材料中，除了石墨烯外，往往还包括其他碳基材料组分，例如石墨、碳纳米管、炭黑等，因为组成元素都为碳，所以常规的检测手段难于准确地定量分析石墨烯复合导电剂中的石墨烯组分含量。为解决这一问题，专利cn106353299a中提出了一种基于拉曼光谱分析技术的石墨烯定量分析方法。该方法通过计算拉曼光谱图中g峰和2d峰面积的比值来确定石墨烯的含量，在区分同是碳系材料的无定型碳、石墨、石墨烯的同时实现样品中石墨烯的含量测定。然而，这种方法也存在局限性，因为激光拉曼光谱分析技术是一种高灵敏性的微区分析技术，样品中即使是微小的差异也会引起结果很大的偏差，因而对混合组分的均匀性要求极高，而这种趋近理论值的均匀度在实际操作中往往很难达到。专利cn107290243a中也提出了一种基于热重分析技术来测定石墨烯浆料中石墨烯含量的方法，该方法解决了微区分析引起的偏差缺陷，但实际情况中的浆料会有石墨添加剂等不挥发物的存在，其热稳定性与石墨烯接近，在该专利技术的温度范围内，无法将其精确区分，因此无法对石墨烯的含量进行定量分析。

因而，迫切需要开发一种准确性高，可行性强，可在产业领域广泛应用的石墨烯混合物的组分定量分析方法，以解决上述问题。bet比表面积分析技术作为国际通用的粉体材料比表面积标准测试方法，在这一领域具有独特的应用优势：(1)bet比表面积分析法是一种具有统计学意义的表征方法，能够避免混合组分中因微区均匀性差异而导致结果极大偏差的问题；(2)石墨烯与石墨、炭黑等材料的比表面积存在很大差异，因而，基于比表面积特征的定量分析，能够更加准确的表征混合组分的含量，甚至是在组分含量极低的情况下也适用。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对以上技术的缺陷和空白，提供一种石墨烯混合物的组分定量分析方法。

本发明的目的通过以下技术方案来具体实现：

一种石墨烯混合物的组分定量分析方法，所述方法针对被测对象的主要成分是石墨烯/碳基材料混合物，且混合物中的石墨烯含量为0％-100％，其特征在于，包括以下步骤：

(1)配置不同比例石墨烯/碳基材料的标准混合物，将这些标准混合物经搅拌震荡后混合均匀；

(2)对样品进行加热脱气预处理；

(3)测定样品的bet表面积，绘制标准混合物的bet比表面积y(m²/g)与石墨烯含量x(wt.％)的标准曲线；

(4)对被测对象进行bet比表面积测定；

(5)将(4)中得到的bet比表面积结果与(3)得到的标准曲线进行对比，确定被测对象中石墨烯的含量。

优选地，所述步骤(1)中对样品进行搅拌震荡的时间为30-60min。

优选地，所述步骤(2)中预处理的温度为220-250℃，预处理时间为6-12h。

优选地，所述步骤(3)中标准曲线绘制的方法是：在实验室中，将不同比例的石墨烯和碳基材料进行共混，获得不同组分比例的石墨烯/碳基材料标准混合物，对上述混合物进行bet比表面积测定，并进行线性拟合，得到共混物bet比表面积与组分含量的标准曲线和数学模型。

优选地，所述步骤(3)中比表面积分析仪所用气体为氮气。

优选地，所述的碳基材料包括：石墨、炭黑或碳纳米管中的一种或多种。

更优选地，所述的碳基材料为石墨。

本发明的设计原理是：本发明人发现对于主要成分是石墨烯、石墨的共混物，且该共混物中石墨烯含量范围为0％-100％的被测对象，其bet比表面积与石墨烯含量成线性关系，究其原因是石墨烯和石墨的bet比表面积是不一样的，且相差较大，因此计算bet比表面积不会受到影响，所以能分别无干扰地测量出每种物质的bet比表面积，根据bet比表面积可以计算出石墨烯的含量，故本发明能够采用bet比表面积测量法对石墨烯/石墨混合物中的石墨烯含量进行精确定量分析。

本发明的优点在于：

(1)本发明是对石墨烯混合物进行整体宏观测试，避免少量样品分析或样品微区分析所引起的偏差。

(2)本发明建立了石墨烯二元共混物中对石墨烯组分进行定量分析的计算模型，可广泛地用于多种混合体系，不限于特定体系。

(3)本发明可使用不同型号、不同环境的比表面积分析仪器，不限于特定仪器。

附图说明

图1不同组分比例石墨烯/石墨标准混合物的bet比表面积与石墨烯含量关系的标准曲线图。

图2实施例1中待测样品bet比表面积与标准曲线上石墨烯含量对应关系。

图3实施例2中待测样品bet比表面积与标准曲线上石墨烯含量对应关系。

图4实施例3中待测样品bet比表面积与标准曲线上石墨烯含量对应关系。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明提供一种石墨烯混合物的组分定量分析方法，主要包括以下步骤：

(1)将石墨烯和石墨粉在105℃下干燥至恒重后，配置一系列不同比例石墨烯与石墨粉的混合物，其中石墨烯的质量分数分别为0％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90、100％；

(2)将配置好的样品充分搅拌震荡使石墨烯和石墨混合均匀，在250℃温度下脱气预处理8h后，测定样品的bet比表面积；每个比例的样品做三次平行测试，最终计算出平均值；

(3)将步骤(2)中所得样品的bet比表面积平均值与石墨烯含量做图，通过线性拟合可得到样品bet比表面积与石墨烯含量的一次曲线，视为标准曲线，样品的bet比表面积与石墨烯含量关系的标准曲线为y＝571.51x+41.72(图1)；

(4)按照步骤(2)对被测样品进行bet比表面积测试，将得到的bet比表面积值与标准曲线对比，得到石墨烯的含量。

实施例1：

将石墨烯和石墨粉在105℃下干燥至恒重后，配置一种石墨烯/石墨的混合物，其中石墨烯的质量百分数为15％，将配置好的样品充分搅拌震荡使石墨烯和石墨混合均匀，在250℃温度下脱气预处理8h后，测定样品的bet比表面积，测得样品的bet比表面积为126.07m²/g。根据标准曲线，确定此bet比表面积对应的石墨烯含量为14.76％。

实施例2：

将石墨烯和石墨粉在105℃下干燥至恒重后，配置一种石墨烯/石墨的混合物，其中石墨烯的质量百分数为55％，将配置好的样品充分搅拌震荡使石墨烯和石墨混合均匀，在250℃温度下脱气预处理8h后，测定样品的bet比表面积，测得样品的bet比表面积为349.79m²/g。根据标准曲线，确定此bet比表面积对应的石墨烯含量为59.15％。

实施例3：

将石墨烯和石墨粉在105℃下干燥至恒重后，配置一种石墨烯/石墨的混合物，其中石墨烯的质量百分数为75％，将配置好的样品充分搅拌震荡使石墨烯和石墨混合均匀，在250℃温度下脱气预处理8h后，测定样品的bet比表面积，测得样品的bet比表面积为483.87m²/g。如图2根据标准曲线，确定此bet比表面积对应的石墨烯含量为77.36％。

应理解，本发明上述实施例仅用来说明和帮助理解本发明的权利要求方法，不作为对本发明方法的限定。本领域人员根据本发明原理所作的任何简单改变、替换、改进、组合等都包含在本发明的权利要求之内。