一种石墨烯的制备方法及石墨烯的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于碳材料技术领域，尤其涉及一种石墨烯的制备方法及石墨烯。
【背景技术】
[0002]石墨烯(Graphene)是一种由碳原子构成的单层片状结构，并且只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯在很多方面都展现出了优异的性能，比如石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，其透光性非常好；石墨烯的导热系数高达5300W/m*K，高于碳纳米管和金刚石；石墨烯常温下的电子迀移率超过15000cm2/V.s，高于纳米碳管和硅晶体；石墨烯的电阻率只有10_6Ω.cm，比铜或银更低，是目前电阻率最小的材料；此外石墨烯也是目前最薄却最坚硬的材料。将石墨烯制备成粉体更有利于石墨烯的应用，如石墨烯材料粉体可用作膨胀剂材料的添加剂，提高膨胀剂材料的电学性能和力学强度，石墨烯材料粉体具有广阔的应用前景。
[0003]目前，可采用多种方法制备得到石墨烯材料粉体，如机械剥离法、氧化-还原法、晶体外延生长法、化学气相沉积法、有机合成法和剥离碳纳米管法等。在这些方法中，机械剥离法和外延生长法制备效率很低，难以满足大规模的需要。化学气相沉积法虽然可以获得大尺寸连续的石墨烯薄膜，但适用于微纳电子器件或透明导电薄膜，却不能满足储能材料及功能复合材料领域的大规模需求。氧化-还原法制备石墨烯材料粉体的成本低廉且容易实现，但是会产生大量的废水，对环境造成严重污染，限制了石墨烯的产业化发展。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种石墨烯的制备方法及石墨烯，本发明提供的制备方法没有使用强酸或强碱等原料，而是采用金属催化剂对碳源进行催化得到石墨烯，对环境无污染。
[0005]本发明提供一种石墨烯的制备方法，包括以下步骤:
[0006]Α)将碳源和金属捕捉剂混合，得到改性碳源，所述碳源包括离子交换树脂、淀粉、纤维素和无定形碳中的一种或几种；
[0007]B)将金属催化剂与所述步骤Α)中的改性碳源混合，进行吸附，得到吸附有金属催化剂的碳源；
[0008]C)将所述步骤B)中的吸附有金属催化剂的碳源进行加热，得到石墨烯。
[0009]优选的，所述步骤Α)中的碳源包括酚醛树脂、苯乙烯类树脂、环氧树脂、木炭粉、活性炭、介孔碳、淀粉和纤维素中的一种或几种。
[0010]优选的，所述步骤Α)中的金属捕捉剂包括有机硫重金属捕捉剂、磷酸盐类金属捕捉剂、氨基羧酸类金属捕捉剂、有机膦酸类金属捕捉剂和羟基羧酸类金属捕捉剂中的一种或几种。
[0011]优选的，所述磷酸盐类金属捕捉剂包括三聚磷酸钠、多聚磷酸钠、六偏磷酸钠和焦磷酸钠中的一种或几种；
[0012]所述氨基羧酸类金属捕捉剂包括乙二胺四乙酸、氨基三乙酸、二乙撑三胺五乙酸、N-羟乙基乙胺三乙酸、乙二醇-双- (B-氨基乙醚)-N和N-四乙酸中的一种或几种；
[0013]所述有机膦酸类金属捕捉剂包括依替膦酸、氨基三亚甲基膦酸、1-羟乙叉-1，1-二膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸和氨基三甲叉膦酸中的一种或几种；
[0014]所述羟基羧酸类金属捕捉剂选自氮川三乙酸钠、柠檬酸、酒石酸、葡萄糖酸钠、羟肟酸、聚丙烯酸和马来酸中的一种或多种。
[0015]优选的，所述金属捕捉剂与所述碳源的质量比为1: (10?200)。
[0016]优选的，所述步骤B)中金属催化剂包括镍盐、铁盐、钼盐、钴盐和钨盐中的一种或几种；
[0017]所述金属催化剂与所述步骤A)中的碳源的质量比为(0.001?0.1):1。
[0018]优选的，所述加热的温度为600?1000°C ；
[0019]所述加热的时间为0.1?24小时；
[0020]所述加热的温度通过升温实现，所述升温的速率为I?10°C /min。
[0021]优选的，所述步骤C)具体包括以下步骤:
[0022]将造孔剂与所述步骤B)中的吸附有金属催化剂的碳源混合后进行加热，得到石墨稀。
[0023]优选的，所述造孔剂包括水蒸汽、氢氧化钾、氧化钾、氯化锌、磷酸、氧化钠和氢氧化钠中的一种或几种；
[0024]所述造孔剂与所述步骤A)中的碳源的质量比为(I?10):1。
[0025]本发明提供一种石墨烯，按照上述技术方案所述的制备方法制备得到。
[0026]本发明提供了一种石墨烯的制备方法，包括以下步骤:A)将碳源和金属捕捉剂混合，得到改性碳源，所述碳源包括离子交换树脂、淀粉、纤维素和无定形碳中的一种或几种；B)将金属催化剂与所述步骤A)中的改性碳源混合，进行吸附，得到吸附有金属催化剂的碳源；C)将所述步骤B)中的吸附有金属催化剂的碳源进行加热，得到石墨烯。本发明提供的制备方法没有采用强酸或强碱进行氧化，而是采用金属催化剂催化得到石墨烯，对环境无污染。并且，本发明提供的制备方法将碳源用金属捕捉剂改性，使得金属催化剂与高分子碳源之间通过螯合作用，实现催化剂在所述碳源上的均匀吸附，从而使可用的碳源进一步扩展至交换容量小的离子交换树脂和不易发生离子吸附或离子交换的纤维素等高分子碳源；金属捕捉剂可实现金属催化剂在碳源上的均匀吸附，碳原子在催化剂表面进行重排，形成石墨烯薄层，从而得到质量较高的具有一定的三维结构石墨烯产品。另外，本发明提供的制备方法成本低，操作简单，易于实现石墨烯的工业化生产。
【附图说明】
[0027]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0028]图1为本发明实施例1得到的石墨烯的SEM图；
[0029]图2为本发明实施例1得到的石墨烯的孔径分布图；
[0030]图3为本发明实施例2得到的石墨烯的SEM图；
[0031]图4为本发明实施例3得到的石墨烯的SEM图；
[0032]图5为本发明实施例4得到的石墨烯的SEM图；
[0033]图6为本发明实施例5得到的石墨烯的SEM图；
[0034]图7为本发明比较例I得到的石墨烯的SEM图；
[0035]图8为本发明比较例2得到的石墨烯的SEM图。
【具体实施方式】
[0036]本发明提供了一种石墨烯的制备方法，包括以下步骤:A)将碳源和金属捕捉剂混合，得到改性碳源，所述碳源包括离子交换树脂、淀粉、纤维素和无定形碳中的一种或几种；B)将金属催化剂与所述步骤A)中的改性碳源混合，进行吸附，得到吸附有金属催化剂的改性碳源；C)将所述步骤B)中的吸附有金属催化剂的改性碳源进行加热，得到石墨烯。
[0037]本发明提供的制备方法不仅能够以大孔丙烯酸系离子交换树脂作为碳源，还能以苯环含量高的碳源和纤维素类的碳源制备得到石墨烯，扩展了石墨烯制备所用碳源的种类，有利于石墨烯的工业化发展。
[0038]本发明将碳源和金属捕捉剂混合，得到改性碳源，本发明优选将所述碳源进行粉碎，得到碳源粉体，将所述碳源粉体与金属捕捉剂混合，得到改性碳源。在本发明中，所述碳源包括离子交换树脂、淀粉、纤维素和无定形碳中的一种或几种，更优选包括酚醛树脂、苯乙烯类树脂、环氧树脂、木炭粉、活性炭、介孔碳、淀粉和纤维素中的一种或几种。其中，酚醛树脂可采用蚌埠市辽源新材料有限公司生产的D122、D125等型号的酚醛树脂；苯乙烯类树脂可采用蚌埠市辽源新材料有限公司生产的D301、D320、BSD-92、BS-66、BS-67-7等型号的树脂，环氧树脂可采用蚌埠市辽源新材料有限公司生产的330型号的环氧树脂；淀粉可以为天然淀粉或改性淀粉，如羧甲基淀粉、膨化淀粉、羧丙基二淀粉磷酸酯、变性淀粉等，纤维素可以为天然纤维素或改性纤维素，如羧甲基纤维素、羧甲基丙基纤维素、羧乙基纤维素、淀粉型纤维素、羧甲基乙基纤维素、微晶纤维素、改性羟丙基甲基纤维素、醋酸丁酸纤维素等。本发明对所述碳源的来源没有特殊的限制，可采用所述碳源的市售商品，也可按照本领域技术人员熟知的制备所述碳源的技术方案自行制备。具体的，所述淀粉和纤维素均购自文安县中德化工有限公司。在本发明中，所述粉碎为本领域技术人员常用的技术手段，将所述碳源粉碎后进行过筛，得到碳源粉