一种大面积制备石墨烯卷的方法与流程

本发明属于纳米功能材料制备技术领域，具体涉及一种大面积制备石墨烯卷的方法。

背景技术：

石墨烯卷是一种石墨烯片通过螺旋卷曲形成的兼具碳纳米管和石墨烯性能的新型材料，同时由于其两端和卷层之间的开放结构，易于纳米颗粒的卷曲包裹，所形成的复合材料在锂离子电池负极材料有着巨大的应用潜力。

石墨烯纳米卷的研究目前仍处于起步阶段，如何大量、高转化率地制备石墨烯纳米卷仍然是学术界的一项研究难题，只有可以大量成功制备之后，才能真正实现其应用。目前，现有技术公开了多种制备石墨烯卷的方法，如申请号为201510006310.9的专利报道的一种制备石墨烯卷的方法。它的步骤如下：1)将氧化石墨烯原料溶于水，得到质量分数为0-1％的氧化石墨烯溶液；2)用化学还原法将上述氧化石墨烯溶液还原至黑色且分散均匀；3)还原后的石墨烯溶液用液氮或液氨快速冷冻至凝固后，转移至冷冻干燥机中冻干；4)用化学还原法或高温热处理法将上述冻干样品深度还原，得到石墨烯纳米卷。

但目前为止没有人报道过采用硫醇来合成石墨烯卷的方法。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种大面积制备石墨烯卷的方法，本发明提供的石墨烯卷的制备方法反应温和、操作简单、成本较低。

本发明的技术方案基于的原理是：通过硫醇与金的自组装反应，硫醇能在金表面自发组装形成一层紧密有序的膜，其会驱动氧化石墨烯边缘从衬底上翘起，一旦翘起的边缘接触到石墨烯的其它部分,重叠部分的Π-Π相互作用就会降低氧化石墨稀总的自由能,其卷曲过程就会继续进行下去,形成氧化石墨稀纳米卷。

以氧化石墨烯为原料，采用LB膜仪制得单分子层的氧化石墨烯膜，再将其浸入到硫醇溶液中一定时间，即制得的氧化石墨烯卷；随后用水合肼将其还原得到所述石墨烯卷；其具体步骤如下：

(1)通过Hummers方法制备出一定质量浓度的氧化石墨烯溶液；

(2)将步骤(1)制得的氧化石墨烯溶液与有机溶剂形成一定的配比；

(3)将步骤(2)制得的混合溶液量取一定体积逐滴滴到水表面，静置一段时间待有机溶剂挥发完全后进行Langmuir-Blodgett实验；

(4)将镀有一定厚度金的硅片垂直浸入到步骤(3)中的水面；

(5)将步骤(4)中的硅片以一定速度提拉，待其自然晾干即可；

(6)将步骤(5)中的硅片浸入到硫醇溶液中一定时间即可形成氧化石墨烯卷；

(7)将步骤(6)中的氧化石墨烯卷用水合肼还原即可形成石墨烯卷。

优选的，步骤(1)所述的一定质量浓度的氧化石墨烯溶液的质量浓度为0.01％-5％。

优选的，步骤(2)中的有机溶剂为甲醇，甲苯或三氯甲烷中的一种。

优选的，步骤(2)中氧化石墨烯溶液与有机溶剂配比为1:1–1:20。

优选的，步骤(3)中氧化石墨烯溶液与有机溶剂的混合液的体积为0.01mL-5mL。

优选的，步骤(3)中混合溶液滴到水表面，静置一段时间为1h–24h。

优选的，步骤(4)中硅片上镀有5nm–60nm的金膜。

优选的，步骤(5)中以1mm/min-10mm/min的速度在水面提拉。

优选的，所述硫醇溶液为正辛硫醇，正十二硫醇，正十八硫醇等。

优选的，步骤(6)所述的硅片浸入到硫醇溶液形成氧化石墨烯卷的时间为1h–48h。

有益效果：采用本发明的技术方案与现有技术相比，本发明将在镀有金的硅片上的单层氧化石墨烯与一定浓度的硫醇溶液发生反应，得到氧化石墨烯卷，其提供的石墨烯卷的制备方法反应条件温和、成本较低、操作简单。

附图说明

图1为本发明实施例1中制备得到的石墨烯卷的扫描电子显微镜图；

图2为本发明实施例2中制备得到的石墨烯卷的扫描电子显微镜图；

图3为本发明实施例3中制备得到的石墨烯卷的扫描电子显微镜图。

图4为本发明实施例3中制备得到的石墨烯卷的扫描电子显微镜图。

具体实施方式

下面结合附图通过具体实施例对本发明进行具体描述，本实施例只用于对本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的内容做出一些非本质的改变和调整，均属于本发明的保护范围。

石墨烯纳米卷的制备方法的步骤如下：(1)将Hummers法制备的氧化石墨烯溶于水并搅拌，得到质量百分含量在0.1％到5％的氧化石墨烯溶液；其中，氧化石墨烯片尺寸为0.01μm²以上任意大小。

(2)量取体积为0.01mL-5mL的氧化石墨烯溶液与有机溶剂甲醇，甲苯或是三氯甲烷中的一种以1:1–1:50中的比例进行混合的混合溶液用来进行Langmuir-Blodgett实验，将其逐滴滴入液面，静置1h-48h。

(3)将镀有厚度为5nm-60nm金的硅片垂直浸入到水面以下，以1mm/min-10mm/min速度提拉一次，待其自然晾干即可；

(4)将硅片浸入到正辛硫醇，正十二硫醇或者正十八硫醇等硫醇溶液中1h–48h即可形成氧化石墨烯卷；

(5)用现有的化学还原法将上述氧化石墨烯卷还原，得到还原石墨烯卷；其中，还原剂可以为水合肼溶液、氢碘酸溶液、抗坏血酸钠溶液等具有还原性的溶液。还原时间、还原温度以及还原剂的浓度可视氧化石墨烯的还原程度而定。

实施例1：

1)将氧化石墨烯原料溶于水稀释10倍，并与甲醇溶液以1:5的比例混合，形成稳定的混合溶液；

2)将上述混合溶液量取10滴逐滴滴入水面并且静置6小时；

3)将镀有厚度为5nm-60nm金的硅片垂直浸入到水面以下，以1mm/min速度提拉，待其自然晾干即可；

4)将硅片浸入到3％正十八硫醇等硫醇溶液中24h即可形成氧化石墨烯卷；

5)用水合肼溶液将其还原得到石墨烯纳米卷。

制得的石墨烯纳米卷如图1所示，石墨烯纳卷具有不同方向的卷状结构，长度在几十微米到几百微米不等。

实施例2：

1)将氧化石墨烯原料溶于水稀释10倍，并与甲醇溶液以1:5的比例混合，形成稳定的混合溶液；

2)将上述混合溶液量取10滴逐滴滴入水面并且静置6小时；

3)将镀有厚度为5nm-60nm金的硅片垂直浸入到水面以下，以1mm/min速度提拉，待其自然晾干即可；

4)将硅片浸入到3％正十二硫醇等硫醇溶液中12h即可形成氧化石墨烯卷；

5)用水合肼溶液将其还原得到石墨烯纳米卷。

制得的石墨烯纳米卷如图2所示，石墨烯纳卷具有不同方向的卷状结构，长度在几十微米到几百微米不等。

实施例3：

1)将氧化石墨烯原料溶于水稀释10倍，并与甲醇溶液以1:5的比例混合，形成稳定的混合溶液；

2)将上述混合溶液量取10滴逐滴滴入水面并且静置6小时；

3)将镀有厚度为5nm-60nm金的硅片垂直浸入到水面中，以1mm/min速度提拉，待其自然晾干即可；

4)将硅片浸入到1％正辛硫醇等硫醇溶液中3h即可形成氧化石墨烯卷；

5)用水合肼溶液将其还原得到石墨烯纳米卷。

制得的石墨烯纳米卷如图3所示，石墨烯纳卷具有不同方向的卷状结构，长度在几十微米到几百微米不等。

实施例4：

1)将氧化石墨烯原料溶于水稀释10倍，并与甲醇溶液以1:5的比例混合，形成稳定的混合溶液；

2)将上述混合溶液量取10滴逐滴滴入水面并且静置6小时；

3)将镀有厚度为5nm-60nm金的硅片垂直浸入到水面中，以1mm/min速度提拉，待其自然晾干即可；

4)将硅片浸入到0.3％正辛硫醇等硫醇溶液中1h即可形成氧化石墨烯卷；

5)用水合肼溶液将其还原得到石墨烯纳米卷。

制得的石墨烯纳米卷如图4所示，石墨烯纳卷具有不同方向的卷状结构，长度在几十微米到几百微米不等。

以上示意性地对本发明的创造及其实施方式进行了描述，本发明的保护范围包括但不限于上述的描述。附图中所示的也只是本发明创造的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受到本实用新的启示，在不脱离本发明的创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与本发明的技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。