专利名称：一种石墨烯的制备方法
技术领域：
本发明属于ニ维纳米材料及其制备领域，特别涉及ー种石墨烯的制备方法。
背景技术：
石墨烯(Graphene)是Sp2杂化碳原子在ニ维空间按照蜂窝状网格排列而成的单原子层平面晶体，是构成富勒烯、碳纳米管和石墨的基本単元，自从2004年英国曼彻斯特大学的A. Geim教授及其合作人员第一次制备成功至今，石墨烯作为材料科学和凝聚态物理领域迅速升起的新星，吸引了众多科学家对于它各个方面的研究，研究表明，石墨烯的理论比表面积高达2630m2/g，杨氏模量为llOOGpa，断裂强度为125Gpa，机械强度为1060Gpa，热导率为5000W/m · k，室温下电子迁移率为15000cm2/V · S，这些独特优异的性能，使得石墨烯在传感器、能量存储及复合材料等领域具有广泛的应用前景。 目前石墨烯的制备方法主要有机械剥离法(K. S. Novoselov, etal, Science, 2004, 306, 666-669),化学气相沉积法(A.Reina，et al, NanoLett. ,2009，9，30-35)，外延生长法(P. W. Sutter, et al, Nat. Mater. , 2008, 7,406-411)，化学氧化还原法(D.Li，et al，Nat. Nanotechnol. , 2008, 3，101-105);这些方法有各自的优点和缺点，机械剥离得到的石墨烯纯度高，导电性好，但产率较低而且石墨烯的混合产物难以分离；化学气相沉积法可以制备出高质量、大面积的石墨烯，外延生长法能够制备出单层石墨烯，但这两种方法需采用高温高压，实验条件苛刻，操作エ艺复杂，生产成本高；与前三种方法相比，化学氧化还原法具有操作エ艺简单、实验条件温和、生产成本低等有点，比较适合大规模生产。目前文献报道的化学还原氧化石墨烯制备石墨烯的还原剂主要有水合餅(Stankovich S，et al, J Mater Chem, 2006，16，155-158)、对苯ニ 酌·(G.X.Wang，et al, Carbon, 2009, 47, 1359-1364)和硼氢化钠(J. F. Shen, et al, Chem.Mater.，2009, 21，3514-3520)等；水合肼和对苯ニ酚的缺点是毒性大，满足不了绿色环保的需要；硼氢化钠由于它的易水解性，使得它的还原效率低下。因此，寻找緑色、高效、无毒的新还原剂及其适合エ业生产石墨烯的制备方法亟待解決。
发明内容
本发明的目的在于提供ー种石墨烯的制备方法，以满足市场对石墨烯日益增长的需求，该方法的优点是氧化石墨的还原更充分，并且产物易分离，纯化过程简单；制备过程中不添加任何的稳定剂和分散剂，得到的石墨烯含杂质元素少；过程可控，周期短，常压条件，设备简単，适于エ业生产，表现出优良性能，在催化、能量传储、传感器等技术领域具有广泛的应用前景。本发明技术方案如下
ー种石墨烯的制备方法，其特征在于将还原剂加入氧化石墨分散液中加热进行反应，离心分离即得石墨烯，所述的还原剂为ニ苯胺磺酸钠。
所述的氧化石墨分散液中的分散剂为去离子水，氧化石墨分散液浓度为O. 25-1. 5mg/mL。所述的二苯胺磺酸钠与氧化石墨分散液的质量比为O. 271-0. 542:30。所述的氧化石墨是采用Hmnmers法或Hmnmers改进方法制得的。所述的石墨烯的制备步骤如下
步骤一将浓h2so4、K2S2O8和P2O5混合均匀后置于烧杯中，加热至80°C，向烧杯中加入石墨粉，反应6h，洗涤过滤。步骤二 将步骤一处理过后的石墨粉和硝酸钠加到冰水浴的浓H2SO4中，搅拌下缓慢加入高锰酸钾，油浴升温至35°C后反应2-3h，再加入去离子水后升温至98°C，保温O. 5h, 然后滴加质量分数为30%的双氧水还原未被反应的高锰酸钾，洗涤经离心分离处理后得到
氧化石墨。步骤三将步骤二制得的氧化石墨加入到水中，然后在300W的超声功率下处理O. 5h后，在8000rpm的速度下离心5min后，除去沉淀物，得到氧化石墨分散液。步骤四向步骤三所得到的氧化石墨分散液加入二苯胺磺酸钠，80-100°C回流4-8小时，冷却至室温，离心分离，得到石墨烯。本发明是利用化学方法制备氧化石墨，采用二苯胺磺酸钠为还原剂，不添加任何的稳定剂和分散剂，得到的石墨烯含杂质元素少；过程可控，周期短，常压条件，设备简单，适于工业生产，表现出优良性能，在催化、能量传储、传感器等技术领域具有广泛的应用前
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图I是实施例2样品的石墨烯的XRD衍射谱 图2是实施例2样品的石墨烯的透射电镜(TEM) 图3是实施例2样品的石墨烯的扫描电镜(SEM) 图4是实施例2样品的石墨烯的拉曼光谱 图5是实施例3样品的石墨烯的XRD衍射谱 图6是实施例7样品的石墨烯的XRD衍射谱 图7是实施例8样品的石墨烯的XRD衍射谱图。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明进行进一步的阐述。实施例I :
步骤一将15mL&H2S04、2. 5g K2S2O8和2. 5g P2O5混合均匀后置于烧杯中，加热至80°C，向烧杯中加入5g石墨粉，反应6h，洗涤过滤后干燥。步骤二 将步骤一处理过后的石墨粉和硝酸钠加到冰水浴的浓115mL H2SO4中，搅拌下缓慢加入高锰酸钾，油浴升温至35°C后反应3h，再加入去离子水后升温至98°C，保温O. 5h，然后滴加质量分数为30%的双氧水还原未被反应的高锰酸钾，洗涤经离心分离处理后得到氧化石墨。步骤三将步骤二制得的氧化石墨加入到水中，然后在300W的超声功率下处理O. 5h后,在8000rpm的速度下离心5min后，除去沉淀物,得到lmg/L的氧化石墨分散液。步骤四向步骤三所得到的氧化石墨分散液加入二苯胺磺酸钠，质量比为30:0. 271，100°C回流反应8h，颜色逐渐由棕黄色变为深黑色，冷却至室温，离心分离，得到
石墨烯。实施例2:
按实施例I的制备方法，只是将步骤四的反应质量比改为30:0. 407。图I至图4分别给出了本实施例制得的石墨烯的粉末XRD衍射谱图、透射电镜图、扫描电镜和拉曼光谱图，从粉末XRD衍射谱图看出，氧化石墨的(001)衍射峰11. 28°，经过 于二苯胺磺酸钠还原反应，在23. 14°出现(002)衍射峰；从透射电镜图和扫描电镜图可以看出，石墨烯片有裙皱相互堆积现象；从拉曼光谱图看出，氧化石墨烯的D峰出现在1350CnT1和G峰在1602 cnT1，石墨烯的D峰在1347CHT1以及G峰在1598CHT1，与相关报道类似，结果表明，通过本发明的方法用氧化石墨制备出石墨烯。实施例3
按实施例I的制备方法，只是将步骤四的反应质量比改为30:0. 542，图5是本实施例的石墨烯的粉末XRD衍射谱图，结果表明，通过本发明的方法制备出石墨烯，透射电镜图、扫描电镜和拉曼光谱图与实施例2类似。实施例4
按实施例I的制备方法，只是将步骤四的回流时间改为6h，XRD衍射谱图、透射电镜图、扫描电镜和拉曼光谱图与实施例2类似。实施例5
按实施例I的制备方法，只是将步骤四的回流时间改为4h，XRD衍射谱图、透射电镜图、扫描电镜和拉曼光谱图与实施例2类似。实施例6
按实施例I的制备方法，只是将步骤三的氧化石墨烯的浓度lmg/L改为O. 5mg/L, XRD衍射谱图、透射电镜图、扫描电镜和拉曼光谱图与实施例2类似。实施例7
按实施例I的制备方法，只是将步骤四的100°c回流8h改为95°C回流5h，图6是本实施例的石墨烯的粉末XRD衍射谱图，结果表明，通过本发明的方法制备出石墨烯，透射电镜图、扫描电镜和拉曼光谱图与实施例2类似。实施例8
按实施例I的制备方法，只是将步骤四的100°c回流8h改为80°C回流8h，图7是本实施例的石墨烯的粉末XRD衍射谱图，结果表明，通过本发明的方法制备出石墨烯，透射电镜图、扫描电镜和拉曼光谱图与实施例2类似。实施例9
按实施例7的制备方法，只是将步骤四的反应质量比改为30:0. 407，XRD衍射谱图、透射电镜图、扫描电镜和拉曼光谱图与实施例2类似。
权利要求
1.一种石墨烯的制备方法，其特征在于将还原剂加入氧化石墨分散液中加热进行反应，反应后冷却至室温，离心分离即得石墨烯，所述的还原剂为二苯胺磺酸钠。
2.如权利要求I所述的一种石墨烯的制备方法，其特征在于所述的氧化石墨分散液中的分散剂为去离子水，氧化石墨分散液浓度为O. 25-1. 5mg/mL。
3.如权利要求I所述的一种石墨烯的制备方法，其特征在于所述的二苯胺磺酸钠与氧化石墨分散液的质量比为O. 271-0. 542:30。
4.如权利要求I所述的一种石墨烯的制备方法，其特征在于所述氧化石墨分散液的制备方法如下氧化石墨加入到水中，然后在300W的超声功率下处理O. 5h后,在8000rpm的速度下离心5min后，除去沉淀物，得到氧化石墨分散液。
5.如权利要求I所述的一种石墨烯的制备方法，其特征在于所述反应条件为80-100°C回流4-8小时。
全文摘要
本发明属于二维纳米材料及其制备领域，特别涉及一种石墨烯的制备方法。其特征在于将还原剂加入氧化石墨分散液中加热进行反应，离心分离即得石墨烯，所述的还原剂为二苯胺磺酸钠。该方法的优点是氧化石墨的还原更充分，并且产物易分离，纯化过程简单；制备过程中不添加任何的稳定剂和分散剂，得到的石墨烯含杂质元素少；过程可控，周期短，常压条件，设备简单，适于工业生产，表现出优良性能，在催化、能量传储、传感器等技术领域具有广泛的应用前景。
文档编号C01B31/04GK102862978SQ201210347310
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月19日 优先权日2012年9月19日
发明者刘琦, 纪云洲, 李占峰, 包金婷, 陈林提, 程美令 申请人:常州大学