专利名称：单层石墨烯的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种制备方法，尤其涉及一种绿色环保的单层石墨烯的制备方法。
背景技术：
石墨烯(Graphene)呈平面多环芳香烃原子晶体结构，是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料；作为近十年来广为人们瞩目的新型材料，该材料具有一系列优良的性能，如迄今所知石墨烯是最薄也是最坚硬的纳米材料，其还具有较高的导热系数和电子迁移率，同时也是一种透明、良好的导体；因而广泛应用于单分子气体侦测、石墨烯纳米带、场效应管及其集成电路、透明导电电极、导热材料/热界面材料、场发射源及其真空电子器件、超级电容器、石墨烯生物器件等领域；目前石墨烯的制备方法主要有机械剥离、外延生长、化学气相沉积(CVD)和溶液相制备等四种方法。前三种方法虽然能获得较高质量的石墨烯，但它们因制备效率低或因反应条件苛刻而不利于大规模的制备，并且容易造成污染。
发明内容
本发明的目的是提供一种低成本，绿色环保，能够大规模合成的单层石墨烯的制备方法。为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种单层石墨烯的制备方法，其特征是步骤如下取氧化石墨(GO)O. 05、. 3g分散在7(Tl50mL去离子水中，超声剥离，得棕黄色均一透明氧化石墨烯胶体，将获得的溶液放入容器中，加入4(Tl00 mL含有1.5 4 g石榴皮中提取的鞣花酸的饱和NaOH碱性溶液，并于室温下持续搅拌，待溶液混合反应结束后，用去离子水和乙醇对产物进行洗涤过滤，将所得产物置于5(T70°C下真空干燥得单层石墨烯。此步骤中，取氧化石墨O. 05、· 3g分散在7(Tl50mL去离子水中，超声剥离2 5 h，得棕黄色均一透明氧化石墨烯胶体，将获得的溶液放入25(T500 mL的容器中，加入4(Tl00mL含有1.5 4 g石榴皮中提取的鞣花酸的饱和NaOH碱性溶液，并于室温下持续搅拌，待溶液混合反应结束后，用去离子水和乙醇对产物进行洗涤过滤，将所得产物置于5(T70°C下真空干燥得单层石墨烯。此步骤中，取氧化石墨O. I g分散在100 mL去离子水中，超声剥离2 h，得棕黄色均一透明氧化石墨烯胶体，将获得的溶液放入250 mL三颈瓶中，加入50 mL含有2 g石榴皮中提取的鞣花酸的饱和NaOH碱性溶液，并于室温下持续搅拌2 h，待溶液混合反应结束后，用乙醇和去离子水对产物各进行2 3次洗涤过滤，将所得产物置于60 0C下真空干燥24 h得单层石墨烯。此步骤中，其中氧化石墨的制备方法如下取O. 5 g石墨粉和O. 25gNaN03加入到 50 mL的质量分数为98%的浓硫酸中得到混合物，浓硫酸需要提前在冰水浴中冷却到O °C，在剧烈搅拌下，向混合物中加入2 g KMnO4,同时确保温度在O 10°C，继续搅拌2 h.，搅拌结束时将反应器转移到30 °C水浴中反应I h，然后加入40 mL去离子水，同时水浴温度升高到8(T95 °C，继续搅拌I h，反应结束后，向反应体系中加入150 mL去离子水和10 mL双氧水，静置3 h，然后将混合物离心分离，用5%的盐酸和去离子水各洗涤3次后，在真空中烘
干得氧化石墨。本发明的优点效果在于由于本发明中是用石墨粉为原料通过氧化还原路径制备单层石墨烯，所以成本低，绿色环保，能够大规模合成，合成效果好。
图I为不同样品的XRD图谱(a)石墨粉，(b)氧化石墨，(C)石墨稀；
图2为所得样品的FE-SEM图(a)氧化石墨和(b)石墨烯；
图3为轻敲模式下样品的AFM图(left)和单层的高度图(right) : (a)氧化石墨，(b)石墨烯；
图4为氧化石墨和石墨烯的UV-vis吸收光谱.附图为相应样品(I mg/mL)的照片。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明
本发明如图1、2、3、4所示，一种单层石墨烯的制备方法，其特征是步骤如下取氧化石墨O. 05、. 3g分散在7(Tl50mL去离子水中，超声剥离，得棕黄色均一透明氧化石墨烯胶体，将获得的溶液放入容器中，加入4(Tl00 mL含有1.5 4 g石榴皮中提取的鞣花酸的饱和NaOH碱性溶液，并于室温下持续搅拌,待溶液混合反应结束后,用去离子水和乙醇对产物进行洗涤过滤，将所得产物置于5(T70°C下真空干燥得单层石墨烯；在本实施例中，取氧化石墨O. 05、. 3g分散在7(Tl50mL去离子水中，超声剥离2 5 h，得棕黄色均一透明氧化石墨烯胶体，将获得的溶液放入250 500 mL的容器中，加入40 100 mL含有I. 5 4 g石榴皮中提取的鞣花酸的饱和NaOH碱性溶液，并于室温下持续搅拌，待溶液混合反应结束后，用去离子水和乙醇对产物进行洗涤过滤，将所得产物置于5(T70°C下真空干燥得单层石墨烯；在本实施例中，取氧化石墨O. I g分散在100 mL去离子水中，超声剥离2 h，得棕黄色均一透明氧化石墨烯胶体，将获得的溶液放入250 mL三颈瓶中，加入50 mL含有2 g石榴皮中提取的鞣花酸的饱和NaOH碱性溶液，并于室温下持续搅拌2 h，待溶液混合反应结束后，用乙醇和去离子水对产物各进行2 3次洗涤过滤，将所得产物置于60 0C下真空干燥24 h得单层石墨烯；在本实施例中，其中氧化石墨的制备方法如下取O. 5 g石墨粉和O. 25gNaN03加入到50 mL的质量分数为98%的浓硫酸中得到混合物，浓硫酸需要提前在冰水浴中冷却到O °C，在剧烈搅拌下，向混合物中加入2 g KMnO4,同时确保温度在O 10°C，继续搅拌2h.，搅拌结束时将反应器转移到30 °C水浴中反应I h，然后加入40 mL去离子水，同时水浴温度升高到8(T95 0C,继续搅拌I h，反应结束后，向反应体系中加入150 mL去离子水和10mL双氧水，静置3 h，然后将混合物离心分离，用5%的盐酸和去离子水各洗涤3次后，在真空中烘干得氧化石墨。样品表征
采用日本Rigaku MiniFlex型X射线粉末衍射仪(XRD，Cu-Ka, λ =0. 15418 nm)对样品进行物相分析；采用JEOL公司的JSM-6700F型场发射扫描电镜(FE-SEM)和VeecoInstruments公司的Nanoscope IIIa表征样品的形貌和微观结构；采用PerkinElmer公司的Lambda 35对样品的光学性质进行测试(范围200-800 nm)。图I为所得GO和GNS样品的XRD图谱。图I (a)为石墨烯粉原料的XRD图谱，该图谱以石墨的较强(002)衍射峰为特征，衍射峰2 Θ位于26. 65°，对应的晶面间距d为O. 33nm。石墨粉经过氧化，超声剥离后，在11. 34°附近出现了较强的衍射峰，该衍射峰对应于GO的(001)特征衍射峰，晶面间距为O. 78 nm，如图1(b)所示。同时，石墨的(002)衍射峰消失，这表明石墨完全氧化成为了 G0，并且在石墨层间引入了含氧的基团，是石墨的层间距拉大。GO经过鞣花酸的饱和NaOH碱性溶液还原后，大部分的含氧基团被除去。如图1(c)所示，位于11. 34° GO的衍射峰消失，在24.2°附近出现了较宽的衍射峰，该衍射峰对应于GNS的(002)特征衍射峰.GNS对于的晶面间距从GO O. 78 11111到0.37 nm,仍然大于石墨的晶面间距(0.33 nm)。这主要是由于石墨烯片层之间堆积作用引起的团聚造成的。 图2 (a)和图2 (b)分别为所得GO和GNS样品的FE-SEM图。从图(a)中可以看出GO为片状结构，由于其与制样衬底上的碳膜类似，故片状结构不是很明显.GO经过还原后得到GNS，样品的形貌发生了很大的变化片状结构发生了卷曲，团聚，形貌犹如起皱的丝绸面纱。GNS的团聚主要是由于样品表面含氧基团(如，环氧，羟基，羧基，羰基)的范德华(van der Waals)相互作用。图3给出了所得样品GO和GNS在水中分散后沉积在新解离云母上面的AFM图。从图(a)中可以看出，GO的厚度为I. 3 nm，这对应于单层的厚度；从图(b)中可以看出，GNS的厚度为I. 2 nm，大于与理论预测石墨的单层厚度(0.78 nm)，这主要是由于样品表面的含氧基团引起的。图4给出了氧化石墨和石墨烯的UV-vis吸收光谱。从吸收光谱上可以看出最大吸收峰在230 nm附近，这对应于氧化石墨中C-C的π — ^的特征吸收峰。对于石墨烯，最大吸收峰发生明显的红移，出现在265 nm附近。当氧化石墨被还原时,最大吸收峰发生红移已有文献报道，并被用来检测氧化石墨还原程度的重要工具。附图为GO和GNS在水中超声分散的实物照片，从照片上可以看出，在没有任何稳定剂的情况下，所得样品具有很好的分散性。
权利要求
1.一种单层石墨烯的制备方法，其特征是步骤如下取氧化石墨O. 05、. 3g分散在7(Tl50mL去离子水中，超声剥离，得棕黄色均一透明氧化石墨烯胶体，将获得的溶液放入容器中，加入4(Tl00 mL含有I. 5 4 g石榴皮中提取的鞣花酸的饱和NaOH碱性溶液，并于室温下持续搅拌，待溶液混合反应结束后，用去离子水和乙醇对产物进行洗涤过滤，将所得产物置于5(T70°C下真空干燥得单层石墨烯。
2.根据权利要求I所述的一种单层石墨烯的制备方法，其特征是步骤如下取氧化石墨O. 05、. 3g分散在7(Tl50mL去离子水中，超声剥离2 5 h，得棕黄色均一透明氧化石墨烯胶体，将获得的溶液放入250 500 mL的容器中，加入40 100 mL含有I. 5 4 g石榴皮中提取的鞣花酸的饱和NaOH碱性溶液，并于室温下持续搅拌，待溶液混合反应结束后，用去离子水和乙醇对产物进行洗涤过滤，将所得产物置于5(T70°C下真空干燥得单层石墨烯。
3.根据权利要求2所述的一种单层石墨烯的制备方法，其特征是步骤如下取氧化石墨O. I g分散在100 mL去离子水中，超声剥离2 h，得棕黄色均一透明氧化石墨烯胶体，将获得的溶液放入250 mL三颈瓶中，加入50 mL含有2 g石榴皮中提取的鞣花酸的饱和NaOH碱性溶液，并于室温下持续搅拌2 h，待溶液混合反应结束后，用乙醇和去离子水对产物各进行2 3次洗涤过滤，将所得产物置于60 0C下真空干燥24 h得单层石墨烯。
4.根据权利要求I所述的一种单层石墨烯的制备方法，其特征是步骤如下其中氧化石墨的制备方法如下取O. 5 g石墨粉和O. 25gNaN03加入到50 mL的质量分数为98%的浓硫酸中得到混合物，浓硫酸需要提前在冰水浴中冷却到O °C，在剧烈搅拌下，向混合物中加入2 g KMnO4,同时确保温度在O 10°C，继续搅拌2 h.，搅拌结束时将反应器转移到30 0C水浴中反应I h，然后加入40 mL去离子水，同时水浴温度升高到8(T95 °C，继续搅拌I h，反应结束后，向反应体系中加入150 mL去离子水和10 mL双氧水，静置3 h，然后将混合物离心分离，用5%的盐酸和去离子水各洗涤3次后，在真空中烘干得氧化石墨。
全文摘要
一种低成本，绿色环保，能够大规模合成的单层石墨烯的制备方法,步骤如下取氧化石墨(GO)0.05~0.3g分散在70~150mL去离子水中，超声剥离，得棕黄色均一透明氧化石墨烯胶体，将获得的溶液放入容器中，加入40~100mL含有1.5~4g石榴皮中提取的鞣花酸的饱和NaOH碱性溶液，并于室温下持续搅拌，待溶液混合反应结束后，用去离子水和乙醇对产物进行洗涤过滤，将所得产物置于50~70oC下真空干燥得单层石墨烯。
文档编号C01B31/04GK102659097SQ201210136148
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月4日 优先权日2012年5月4日
发明者刘奕, 刘 文 申请人:刘奕