一种石墨烯材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种石墨烯材料的制备方法，包括如下步骤：（1）将石墨与碱金属混匀后抽真空并热处理得到碱金属插层石墨；（2）取碱金属插层石墨加入到熔融的离子液体中，搅拌均匀后放入超声粉碎机中，进行超声处理，得到石墨烯悬浮液；（3）过滤所述石墨烯悬浮液，取滤渣用有机溶剂洗涤过滤，然后再用去离子水反复冲洗过滤直至洗出液呈中性，干燥滤物，得到石墨烯材料。本发明还公开了上述制备方法制得的石墨烯材料。本发明先将石墨与碱金属混合热处理，制得碱金属插层石墨后再分散于离子液体中，经超声处理后即制得片层结构完整，单层率高，分散性好的石墨烯材料，方法简单，成本低，效率高，适合工业化生产。
【专利说明】一种石墨烯材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及石墨烯合成领域，尤其是一种石墨烯材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]石墨烯是2004年英国曼彻斯特大学的安德烈.K.海姆(Andre K.Geim)等发现的一种二维碳原子晶体，并获得2010年物理诺贝尔奖。由于其独特的结构和良好的光电性质，石墨烯目前已成为碳材料、 纳米技术和功能材料等领域的研究热点之一。目前制备石墨烯材料的方法主要是氧化还原法，但在制备过程中，石墨烯的片层结构极易被破坏，石墨烯间团聚，严重影响了其导电、导热性能。如何克服上述技术缺陷，开发新的石墨烯制备方法，已经成为当前石墨烯领域的研究热点之一。
[0003]离子液体是指全部由离子组成的液体，是一种环境友好型的溶剂，对无机物、有机物及聚合物均具备良好的溶解性或分散性，被称为“绿色溶剂”。近年来，有研究(如专利201210249137.1、201210135363.7)将石墨粉或碳纳米管悬浮于离子液体中，然后进行搅拌或超声或挤出，从而制得分散性好的石墨烯材料，但由于石墨粉或碳纳米管结构较为紧凑，剥离难，采用这类方法制得的石墨烯单层率低，石墨烯的性能受到了限制。
【发明内容】
[0004]为克服上述技术缺陷，本发明提供了一种石墨烯材料及其制备方法，该方法先将石墨与碱金属混合热处理，制得碱金属插层石墨后再分散于离子液体中，经超声处理后制得片层结构完整，单层率高，分散性好的石墨烯材料。
[0005]一方面，本发明提供了一种石墨烯材料的制备方法，包括如下步骤:
[0006](I)在惰性气体氛围下，将石墨与碱金属按摩尔比I~5:1的比例混匀后装入到密封容器中，抽真空至10~lOOOPa，然后以200~1000°C热处理12~120小时，得到碱金属插层石墨；
[0007](2)取碱金属插层石墨，按固液比Ig =IO^lOOmL的比例加入到熔融的离子液体中，搅拌均匀后放入超声粉碎机中，以2~IOkW的功率超声处理0.5~100分钟，得到石墨烯悬浮液；
[0008](3)过滤所述石墨烯悬浮液，取滤渣用有机溶剂洗涤过滤，然后再用去离子水反复冲洗过滤直至洗出液呈中性，干燥滤物，得到石墨烯材料。
[0009]优选地,所述惰性气体氛围为氮气、氩气或氦气。
[0010]优选地，所述石墨为天然磷片石墨、人造石墨和膨胀石墨中的一种。
[0011 ] 优选地，所述碱金属为锂、钠、镁、钾、钙、铷、锶和钡中的至少一种。
[0012]优选地，所述离子液体为凝胶状或凝固状的离子液体；所述离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑溴盐、1-乙基-3-甲基咪唑氯盐、1-乙基-3-甲基咪唑碘盐、1-乙基-2，3- 二甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1，2- 二乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1，2- 二甲基-3-乙基咪唑溴盐、1，2- 二甲基-3-乙基咪唑氯盐和1，2- 二甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐中的至少一种。
[0013]优选地，所述离子液体熔融时的熔融温度为15(T30(TC。
[0014]优选地，所述超声处理，超声功率为5~8kW，超声处理时间为20~50分钟。
[0015]其中，所述有机溶剂为可溶解离子液体的有机溶剂。优选地，所述有机溶剂N，N- 二甲基吡咯烷酮或N，N- 二甲基甲酰胺。
[0016]优选地，所述干燥滤物的操作为:将清洗干净后的滤渣放到真空干燥箱中，以60~100°C干燥10~20小时。
[0017]本发明先将石墨与碱金属混合热处理,使碱金属插入到石墨片层间，增大了石墨层间的间距，从而使得制得的碱金属插层石墨易于剥离；碱金属插层石墨悬浮在离子液体中，被超声波剥离，在不破坏石墨烯的结构的前提下，制得单层率高石墨烯材料；离子液体具有较好的分散性，制备过程中石墨烯始终分散在离子液体中，不发生团聚现象，因而制得的石墨烯材料导电性好，电导率可高达106S/m以上。制备方法工艺简单，剥离效果好，原料来源广，成本低，适合工业化生产。
[0018]另一方面，本发明还提供了一种石墨烯材料，所述石墨烯材料是由上述制备方法制得的。
[0019]本发明所述石墨烯材料片层结构完整、单层率高，分散性好，适于用于制备电化学电容器的电极，可提高化学电源能量密度与功率密度。
[0020]相比于现有技术，本发明所述石墨烯材料及其制备方法具有以下有益效果:
[0021](I)将碱金属插入到石墨片层间，增大了石墨层间的间距，减小了后续的剥离难度，以制得高单层率的石墨烯材料；
[0022](2)利用离子液体做溶剂，可避免碱金属快速放热而产生的危险，提高制备安全性；并以加热熔融状态的离子液体的作为制备平台进行超声剥离，可以快速将碱金属插层石墨剥尚成石墨稀，提闻了石墨稀材料的制备效率，同时可以使制得的石墨稀分散在尚子液体中，防止其团聚，提高了石墨烯材料的比表面积与导电性；
[0023](3)制得的石墨烯材料片层结构完整、单层率高，分散性好，方法简单，成本低，效率高，适合工业化生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式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方式，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。
[0025]图1是本发明实施例一制备的石墨烯材料在扫描电镜下的SEM图。
【具体实施方式】
[0026]下面将结合本发明实施方式中最优选的实施例，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0027]一种石墨烯材料的制备方法，包括如下步骤:
[0028] (I)在惰性气体氛围下，将石墨与碱金属按摩尔比I~5:1的比例混匀后装入到密封容器中，抽真空至10~lOOOPa，然后以200~1000°C热处理12~120小时，得到碱金属插层石墨；
[0029](2)取碱金属插层石墨，按固液比Ig =IO^lOOmL的比例加入到熔融的离子液体中，搅拌均匀后放入超声粉碎机中，以2~IOkW的功率超声处理0.5~100分钟，得到石墨烯悬浮液；
[0030](3)过滤所述石墨烯悬浮液，取滤渣用有机溶剂洗涤过滤，然后再用去离子水反复冲洗过滤直至洗出液呈中性，干燥滤物，得到石墨烯材料。
[0031]所述惰性气体氛围为氮气、氩气或氦气。
[0032]所述石墨为天然磷片石墨、人造石墨和膨胀石墨中的一种。
[0033]所述碱金属为锂、钠、镁、钾、钙、铷、锶和钡中的至少一种。
[0034]所述离子液体为凝胶状或凝固状的离子液体；所述离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑溴盐、1-乙基-3-甲基咪唑氯盐、1-乙基-3-甲基咪唑碘盐、1-乙基-2，3-二甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1，2-二乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1，2-二甲基-3-乙基咪唑溴盐、
1,2-二甲基-3-乙基咪唑氯盐和1,2-二甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐中的至少一种。
[0035]所述离子液体熔融时的熔融温度为15(T300°C。 [0036]所述超声处理，超声功率为5~8kW，超声处理时间为20~50分钟。
[0037]其中，所述有机溶剂为可溶解离子液体的有机溶剂。所述有机溶剂N，N- 二甲基吡咯烷酮或N，N-二甲基甲酰胺。
[0038]所述干燥滤物的操作为:将清洗干净后的滤渣放到真空干燥箱中，以60~100°C干燥10~20小时。
[0039]本发明先将石墨与碱金属混合热处理,使碱金属插入到石墨片层间，增大了石墨层间的间距，从而使得制得的碱金属插层石墨易于剥离；碱金属插层石墨悬浮在离子液体中，被超声波剥离，在不破坏石墨烯的结构的前提下，制得单层率高石墨烯材料；离子液体具有较好的分散性，制备过程中石墨烯始终分散在离子液体中，不发生团聚现象，因而制得的石墨烯材料导电性好，电导率可高达106S/m以上。制备方法工艺简单，剥离效果好，原料来源广，成本低，适合工业化生产。
[0040]此外，本发明还提供了一种石墨烯材料，所述石墨烯材料是由上述制备方法制得的。
[0041]本发明所述石墨烯材料片层结构完整、单层率高，分散性好，适于用于制备电化学电容器的电极，可提高化学电源能量密度与功率密度。
[0042]实施例一
[0043]一种石墨烯材料的制备方法，包括如下步骤:
[0044](I)在充满氦气的环境下，将天然磷片石墨与金属钾按摩尔比5:1进行混合，混匀后装入耐热玻璃管中，然后将耐热玻璃管密封并抽真空至10Pa，加热至20(TC，保温热处理12小时，得到金属钾插层石墨；
[0045](2)离子液体选用1-乙基-3-甲基咪唑溴盐(EtMeImBr),在烧杯中将其熔化得到IL的EtMeImBr溶剂，维持EtMeImBr溶剂的温度为150°C，在其中加入100g步骤(1)制得的金属钾插层石墨，搅拌均匀后将烧杯放入超声粉碎机中，以IOkW的功率超声处理I分钟，得到石墨烯悬浮液；
[0046](3)将步骤(2)得到的石墨烯悬浮液进行过滤，取滤渣浸入到N，N- 二甲基吡咯烷酮中，搅拌均匀后再次进行过滤，重复浸入N，N- 二甲基吡咯烷酮与过滤操作4次，除去石墨烯悬浮液中的离子液体；取滤渣浸入到去离子水中，搅拌均匀后用布氏漏斗进行过滤，然后以去离子水作为洗涤液反复冲洗滤物以除去石墨烯材料中残留的钾离子，直至洗出液的pH呈中性，得到石墨烯滤渣。
[0047](4)将步骤(3)得到的石墨烯滤渣放入真空干燥箱中以60°C干燥20小时，得到石墨稀材料。
[0048]实施例二
[0049]一种石墨烯材料的制备方法 ，包括如下步骤:
[0050](I)在充满氮气的环境下，将人造石墨与金属锂按摩尔比2:1进行混合，混匀后装入耐热玻璃管中，然后将耐热玻璃管密封并抽真空至lOOPa，加热至250°C，保温热处理20小时，得到金属锂插层石墨；
[0051](2)离子液体选用1-乙基-3-甲基咪唑氯盐(EtMeImCl)，在烧杯中将其熔化得到IL的EtMeImCl溶剂，维持EtMeImCl溶剂的温度为180°C，在其中加入IOg步骤(1)制得的金属锂插层石墨，搅拌均匀后将烧杯放入超声粉碎机中，以IOkW的功率超声处理0.5分钟，得到石墨烯悬浮液；
[0052](3)将步骤(2)得到的石墨烯悬浮液进行过滤，取滤渣浸入到N，N- 二甲基甲酰胺(DMF)中，搅拌均匀后再次进行过滤，重复浸入DMF与过滤操作2次，除去石墨烯悬浮液中的离子液体；取滤渣浸入到去离子水中，搅拌均匀后用布氏漏斗进行过滤，然后以去离子水作为洗涤液反复冲洗滤物以除去石墨烯材料中残留的锂离子，直至洗出液的PH呈中性，得到石墨烯滤渣。
[0053](4)将步骤(3)得到的石墨烯滤渣放入真空干燥箱中以80°C干燥10小时，得到石墨稀材料。
[0054]实施例三
[0055]一种石墨烯材料的制备方法，包括如下步骤:
[0056](I)在充满氩气的环境下，将膨胀石墨与金属钠按摩尔比1:1进行混合，混匀后装入耐热玻璃管中，然后将耐热玻璃管密封并抽真空至500Pa，加热至30(TC，保温热处理36小时，得到金属钠插层石墨；
[0057](2)离子液体选用1-乙基-3-甲基咪唑碘盐(EtMeImI),在烧杯中将其熔化得到5L的EtMeImI溶剂，维持EtMeImI溶剂的温度为160°C，在其中加入100g步骤(1)制得的金属钠插层石墨，搅拌均匀后将烧杯放入超声粉碎机中，以8kW的功率超声处理10分钟,得到石墨烯悬浮液；
[0058](3)将步骤(2)得到的石墨烯悬浮液进行过滤，取滤渣浸入到N，N- 二甲基吡咯烷酮，搅拌均匀后再次进行过滤，重复浸入N，N- 二甲基吡咯烷酮与过滤操作2次，除去石墨烯悬浮液中的离子液体；取滤渣浸入到去离子水中，搅拌均匀后用布氏漏斗进行过滤，然后以去离子水作为洗涤液反复冲洗滤物以除去石墨烯材料中残留的钠离子，直至洗出液的pH呈中性，得到石墨烯滤渣。
[0059](4)将步骤(3)得到的石墨烯滤渣放入真空干燥箱中以100°C干燥15小时，得到石墨烯材料。
[0060]实施例四[0061]一种石墨烯材料的制备方法，包括如下步骤:
[0062](I)在充满氦气的环境下，将天然鳞片石墨与金属铷按摩尔比3:1进行混合，混匀后装入耐热玻璃管中，然后将耐热玻璃管密封并抽真空至lOOOPa，加热至220°C，保温热处理50小时,得到金属铷插层石墨；
[0063](2)离子液体选用1-乙基-2，3- 二甲基咪唑三氟甲磺酸盐(l-Et-2, 3-Me2ImCF3S03),在烧杯中将其熔化得到 2L 的 l_Et_2，3-Me2ImCF3SO3 溶剂，维持l-Et-2, 3-Me2ImCF3S03溶剂的温度为200°C，在其中加入100g步骤(1)制得的金属铷插层石墨，搅拌均匀后将烧杯放入超声粉碎机中，以6kW的功率超声处理20分钟，得到石墨烯悬浮液；
[0064](3)将步骤(2)得到的石墨烯悬浮液进行过滤，取滤渣浸入到N，N- 二甲基甲酰胺(DMF)中，搅拌均匀后再次进行过滤，重复浸入DMF与过滤操作2次，除去石墨烯悬浮液中的离子液体；取滤渣浸入到去离子水中，搅拌均匀后用布氏漏斗进行过滤，然后以去离子水作为洗涤液反复冲洗滤物以除去石墨烯材料中残留的铷离子，直至洗出液的PH呈中性，得到石墨烯滤渣。
[0065](4)将步骤(3)得到的石墨烯滤渣放入真空干燥箱中以90°C干燥12小时，得到石墨稀材料。
[0066]实施例五
[0067]一种石墨烯材料的制备方法，包括如下步骤:
[0068](I)在充满氮气的 环境下，将人造石墨与金属镁按摩尔比5:1进行混合，混匀后装入耐热玻璃管中，然后将耐热玻璃管密封并抽真空至200Pa，加热至80(TC，保温热处理80小时，得到金属镁插层石墨；
[0069](2)离子液体选用1，2- 二乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐(I, 2-Et2-3-MeImCF3SO3),在烧杯中将其熔化得到 8L 的 1，2-Et2-3_MeImCF3SO3 溶剂，维持1，2-Et2-3-MeImCF3S03溶剂的温度为220°C，在其中加入100g步骤(1)制得的金属镁插层石墨，搅拌均匀后将烧杯放入超声粉碎机中，以5kW的功率超声处理40分钟，得到石墨烯悬浮液；
[0070](3)将步骤(2)得到的石墨烯悬浮液进行过滤，取滤渣浸入到N，N- 二甲基吡咯烷酮，搅拌均匀后再次进行过滤，重复浸入N，N- 二甲基吡咯烷酮与过滤操作3次，除去石墨烯悬浮液中的离子液体；取滤渣浸入到去离子水中，搅拌均匀后用布氏漏斗进行过滤，然后以去离子水作为洗涤液反复冲洗滤物以除去石墨烯材料中残留的镁离子，直至洗出液的pH呈中性，得到石墨烯滤渣。
[0071](4)将步骤(3)得到的石墨烯滤渣放入真空干燥箱中以70°C干燥18小时，得到石墨稀材料。
[0072]实施例六
[0073]一种石墨烯材料的制备方法，包括如下步骤:
[0074](I)在充满氩气的环境下，将膨胀石墨与金属钙按摩尔比1:1进行混合，混匀后装入耐热玻璃管中，然后将耐热玻璃管密封并抽真空至600Pa，加热至900°C，保温热处理100小时，得到金属钙插层石墨；
[0075](2)离子液体选用1，2- 二甲基-3-乙基咪唑溴盐(1，2-Me2-3_EtImBr)，在烧杯中将其熔化得到6L的1，2-Me2-3-EtImBr溶剂，维持1，2-Me2-3_EtImBr溶剂的温度为250°C，在其中加入100g步骤(1)制得的金属钙插层石墨，搅拌均匀后将烧杯放入超声粉碎机中，以3kW的功率超声处理60分钟，得到石墨烯悬浮液；
[0076](3)将步骤(2)得到的石墨烯悬浮液进行过滤，取滤渣浸入到N，N- 二甲基甲酰胺(DMF)中，搅拌均匀后再次进行过滤，重复浸入DMF与过滤操作3次，除去石墨烯悬浮液中的离子液体；取滤渣浸入到去离子水中，搅拌均匀后用布氏漏斗进行过滤，然后以去离子水作为洗涤液反复冲洗滤物以除去石墨烯材料中残留的钙离子，直至洗出液的PH呈中性，得到石墨烯滤渣。
[0077](4)将步骤(3)得到的石墨烯滤渣放入真空干燥箱中以60°C干燥20小时，得到石墨稀材料。
[0078]实施例七
[0079]一种石墨烯材料的制备方法，包括如下步骤:
[0080](I)在充满氮气的环境下，将天然磷片石墨与金属钡按摩尔比4:1进行混合，混匀后装入耐热玻璃管中，然后将耐热玻璃管密封并抽真空至800Pa，加热至1000°C，保温热处理120小时，得到金属钡插层石墨；
[0081](2)离子液体选用1，2_ 二甲基-3-乙基咪唑氯盐(l，2-Me2-3_EtImCl)，在烧杯中将其熔化得到4L的1，2-Me2-3-EtImCl溶剂，维持1，2-Me2-3_EtImCl溶剂的温度为280°C，在其中加入100g步骤(1)制得的金属钡插层石墨，搅拌均匀后放入超声粉碎机中，以2kW的功率超声处理100分钟，得到石墨烯悬浮液；
[0082](3)将步骤(2)得到的石墨烯悬浮液进行过滤，取滤渣浸入到N，N- 二甲基吡咯烷酮中，搅拌均匀后再次进行过滤，重复浸入N，N- 二甲基吡咯烷酮与过滤操作2次，除去石墨烯悬浮液中的离子液体；取滤渣浸入到去离子水中，搅拌均匀后用布氏漏斗进行过滤，然后以去离子水作为洗涤液反复冲洗滤物以除去石墨烯材料中残留的钡离子，直至洗出液的pH呈中性，得到石墨烯滤渣。
[0083](4)将步骤(3)得到的石墨烯滤渣放入真空干燥箱中以100°C干燥10小时，得到石墨烯材料。
[0084]实施例八
[0085]一种石墨烯材料的制备方法，包括如下步骤:
[0086](I)在充满氦气的环境下，将人造石墨与金属锶按摩尔比5:1进行混合，混匀后装入耐热玻璃管中，然后将耐热玻璃管密封并抽真空至lOOPa，加热至950°C，保温热处理60小时，得到金属锶插层石墨；
[0087](2)离子液体选用1，2_ 二甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐(l，2-Me2-3_EtImBF4)，在烧杯中将其熔化得到3L的1，2-Me2-3-EtImBF4溶剂，维持1，2-Me2-3-EtImBF4溶剂的温度为3000C，在其中加入100g步骤(1)制得的金属锶插层石墨，搅拌均匀后将烧杯放入超声粉碎机中，以5kW的功率超声处理50分钟，得到石墨烯悬浮液；
[0088](3)将步骤(2)得到的石墨烯悬浮液进行过滤，取滤渣浸入到N，N- 二甲基甲酰胺(DMF)中，搅拌均匀后再次进行过滤，重复浸入DMF与过滤操作4次，除去石墨烯悬浮液中的离子液体；取滤渣浸入到去离子水中，搅拌均匀后用布氏漏斗进行过滤，然后以去离子水作为洗涤液反复冲洗滤物以除去石墨烯材料中残留的锶离子，直至洗出液的PH呈中性，得到石墨烯滤渣。
[0089](4)将步骤(3)得到的石墨烯滤渣放入真空干燥箱中以80°C干燥16小时，得到石墨稀材料。
[0090]实施例九
[0091]一种石墨烯材料的制备方法，包括如下步骤:
[0092](I)在充满氮气的环境下，将膨胀石墨与金属钾按摩尔比1:1进行混合，混匀后装入耐热玻璃管中，然后将耐热玻璃管密封并抽真空至50Pa，加热至500°C，保温热处理30小时，得到金属钾插层石墨；
[0093](2)离子液体选用1-乙基-3-甲基咪唑溴盐(EtMeImBr)和1-乙基_3_甲基咪唑氯盐(EtMeImCl)按质量比1:1形成的混合物，在烧杯中将其熔化得到IOL的离子液体，维持离子液体的温度为200°C，在其中加入100g步骤(1)制得的金属钾插层石墨，搅拌均匀后将烧杯放入超声粉碎机中，以8kW的功率超声处理20分钟，得到石墨烯悬浮液；
[0094](3)将步骤(2)得到的石墨烯悬浮液进行过滤，取滤渣浸入到N，N- 二甲基吡咯烷酮，搅拌均匀后再次进行过滤，重复浸入N，N- 二甲基吡咯烷酮与过滤操作4次，除去石墨烯悬浮液中的离子液体；取滤渣浸入到去离子水中，搅拌均匀后用布氏漏斗进行过滤，然后以去离子水作为洗涤液反复冲洗滤物以除去石墨烯材料中残留的钾离子，直至洗出液的pH呈中性，得到石墨烯滤渣。
[0095](4)将步骤(3)得到的石墨烯滤渣放入真空干燥箱中以90°C干燥12小时，得到石墨稀材料。
[0096]实施例十
[0097]一种石墨烯材料的制备方法，包括如下步骤:
[0098](I)在充满氩气的环境下，将人造石墨与金属钠按摩尔比4:1进行混合，混匀后装入耐热玻璃管中，然后将耐热玻璃管密封并抽真空至10Pa，加热至400°C，保温热处理12小时，得到金属钠插层石墨；
[0099](2)离子液体选用1-乙基-3-甲基咪唑氯盐(EtMeImCl)，在烧杯中将其熔化得到IL的EtMeImCl溶剂，维持EtMeImCl溶剂的温度为210°C，在其中加入100g步骤(1)制得的金属钠插层石墨，搅拌均匀后将烧杯放入超声粉碎机中，以IOkW的功率超声处理5分钟，得到石墨烯悬浮液；
[0100](3)将步骤(2)得到的石墨烯悬浮液进行过滤，取滤渣浸入到N，N- 二甲基甲酰胺(DMF)中，搅拌均匀后再次进行过滤，重复浸入DMF与过滤操作3次，除去石墨烯悬浮液中的离子液体；取滤渣浸入到去离子水中，搅拌均匀后用布氏漏斗进行过滤，然后以去离子水作为洗涤液反复冲洗滤物以除去石墨烯材料中残留的钠离子，直至洗出液的PH呈中性，得到石墨烯滤渣。
[0101](4)将步骤(3)得到的石墨烯滤渣放入真空干燥箱中以70°C干燥15小时，得到石墨稀材料。
[0102]实施例^^一
[0103]一种石墨烯材料的制备方法，包括如下步骤:
[0104](I)在充满氦气的环境下，将膨胀石墨与金属钙按摩尔比2:1进行混合，混匀后装入耐热玻璃管中，然后将耐热玻璃管密封并抽真空至lOOOPa，加热至1000°C，保温热处理100小时，得到金属钙插层石墨；
[0105](2)离子液体选用1-乙基-3-甲基咪唑碘盐(EtMeImI),在烧杯中将其熔化得到5L的EtMeImI溶剂，维持EtMeImI溶剂的温度为230°C，在其中加入100g步骤(1)制得的金属钙插层石墨，搅拌均匀后将烧杯放入超声粉碎机中，以8kW的功率超声处理0.5分钟，得到石墨烯悬浮液；
[0106](3)将步骤(2)得到的石墨烯悬浮液进行过滤，取滤渣浸入到N，N- 二甲基吡咯烷酮，搅拌均匀后再次进行过滤，重复浸入N，N- 二甲基吡咯烷酮与过滤操作4次，除去石墨烯悬浮液中的离子液体；取滤渣浸入到去离子水中，搅拌均匀后用布氏漏斗进行过滤，然后以去离子水作为洗涤液反复冲洗滤物以除去石墨烯材料中残留的钙离子，直至洗出液的pH呈中性，得到石墨烯滤渣。
[0107](4)将步骤(3)得到的石墨烯滤渣放入真空干燥箱中以100°C干燥12小时，得到石墨烯材料。
[0108]效果实施例
[0109]采用四探针法测试实施例一~十一制得的石墨烯/离子液体复合电极的电导率，测试结果如表2所示。
[0110]
【权利要求】
1.一种石墨烯材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)在惰性气体氛围下，将石墨与碱金属按摩尔比I~5:1的比例混匀后装入到密封容器中，抽真空至10~lOOOPa，然后以200~1000°C热处理12~120小时，得到碱金属插层石墨； (2)取碱金属插层石墨，按固液比Ig=IO^lOOmL的比例加入到熔融的离子液体中，搅拌均匀后放入超声粉碎机中，以2~IOkW的功率超声处理0.5~100分钟，得到石墨烯悬浮液； (3)过滤所述石墨烯悬浮液，取滤渣用有机溶剂洗涤过滤，然后再用去离子水反复冲洗过滤直至洗出液呈中性，干燥滤物，得到石墨烯材料。
2.如权利要求1所述的石墨烯材料的制备方法，其特征在于，所述惰性气体氛围为氮气、氩气或氦气。
3.如权利要求1所述的石墨烯材料的制备方法，其特征在于，所述石墨为天然磷片石墨、人造石墨和膨胀石墨中的一种。
4.如权利要求1所述的石墨烯材料的制备方法，其特征在于，所述碱金属为锂、钠、镁、钾、钙、铷、锶和钡中的至少一种。
5.如权利 要求1所述的石墨烯材料的制备方法，其特征在于，所述离子液体为凝胶状或凝固状的离子液体；所述离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑溴盐、1-乙基-3-甲基咪唑氯盐、1-乙基-3-甲基咪唑碘盐、1-乙基-2，3- 二甲基咪唑三氟甲磺酸盐、I, 2- 二乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1，2- 二甲基-3-乙基咪唑溴盐、1，2- 二甲基-3-乙基咪唑氯盐和1，2- 二甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐中的至少一种。
6.如权利要求1所述的石墨烯材料的制备方法，其特征在于，所述离子液体熔融时的熔融温度为15(T300°C。
7.如权利要求1所述的石墨烯材料的制备方法，其特征在于，所述超声处理，超声功率为5~8kW，超声处理时间为20~50分钟。
8.如权利要求1所述的石墨烯材料的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂N，N-二甲基吡咯烷酮或N，N- 二甲基甲酰胺。
9.如权利要求1所述的石墨烯材料的制备方法，其特征在于，所述干燥滤物的操作为:将清洗干净后的滤渣放到真空干燥箱中，以60~100°C干燥10~20小时。
10.一种石墨烯材料，其特征在于，所述石墨烯材料是由权利要求1~9中任意一项所述制备方法制得的。
【文档编号】C01B31/04GK104003372SQ201310055678
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2013年2月21日 优先权日:2013年2月21日
【发明者】周明杰, 王要兵, 袁新生 申请人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技术有限公司, 深圳市海洋王照明工程有限公司