专利名称：一种制备石墨烯的方法
技术领域：
本发明涉及纳米材料制备技术领域，具体涉及了一种制备石墨烯的方法。
背景技术：
石墨烯是已知材料中最薄的ー种，具有非同寻常的导电性、超出钢铁数十倍的强度和极好的透光性，它的出现有望在现代电子科技等领域引发ー轮革命。目前制备石墨烯的方法很多，包括机械分离法，取向附生法，化学气相沉积法(CVD)，化学氧化还原法等。化学氧化还原法是将天然鱗片石墨在水溶液中氧化剥离，然后加入还原剂脱去氧化石墨烯的氧化官能团从而得到石墨烯。相比其它几种方法，化学氧化还原法具有エ艺简単，成本低廉，可以大批量制备等优点。通过Hu_er，Brodie，Staudenmaier等方法可以大规模制备氧化石墨烯。在本发明之前，以前的工作主要是用水合胼及其衍生物做为还原剂去还原氧化石墨烯，但是水合胼及其衍生物具有很强的毒性和挥发性，不能用于大规模的使用，而且还原后的石墨烯会掺杂很多氮原子，影响石墨烯的物理和化学性质。最近两年也有文献报道用硼氢化钠 (NaBH4)，抗坏血酸(VC)等作为还原剂还原氧化石墨烯，但这些反应都需要加热，反应较为剧烈，容易増加石墨烯的缺陷。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明提供了ー种在室温下利用化学还原法通过还原氧化石墨烯大量制备石墨烯的方法。为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案是向氧化石墨烯水溶液中加入金属盐溶液，混合均勻后加入NaBH4,利用还原出来的金属颗粒催化NaBH4水解释放出具有高还原性的氢原子，然后用游离的氢原子还原氧化石墨烯，最后用稀盐酸洗涤脱去还原出来的金属颗粒从而得到石墨烯。具体包括以下步骤
步骤ー将氧化石墨烯分别用稀盐酸和去离子水洗涤提纯多次，得到纯净的氧化石墨烯水溶液，并超声分散一段时间；
步骤ニ 加入金属盐溶液到氧化石墨烯水溶液中，搅拌混合均勻； 步骤三加入NaBH4，搅拌均勻，至反应完成，得到混合溶液；
步骤四将混合溶液离心一段时间，用稀盐酸洗涤重复多次，再用去离子水洗涤重复多次，60°C真空干燥，得到石墨烯粉末。优选的
步骤一中，所述氧化石墨烯由Hummer法制得，氧化石墨烯的质量浓度为0. 05 Img/
ml ο步骤ニ中，所述金属盐溶液的摩尔浓度为10_5 mol/广10_3 mol/L。所述的金属盐包括可以溶解于水的含铜、铁、镍、钴的盐类，例如氯化铜、氯化铁、氯化镍、氯化钴，硝酸铜、硝酸铁、硝酸镍、硝酸钴及硫酸铜、硫酸铁、硫酸镍、硫酸钴等。步骤四中，是以10000转/分钟的速度将混合溶液离心15分钟，用体积浓度为 1%-10%的稀盐酸洗涤重复多次，再用去离子水洗涤重复多次，真空干燥得到石墨烯粉末。本发明针对目前化学还原法制备石墨烯需要用水合胼等毒性还原剂及反应须在加热条件下进行等缺点，采用NaBH4作为还原剂在室温条件下还原氧化石墨烯，其优点是
(1)避免使用了水合胼及其衍生物等具有强毒性和挥发性的化合物作为还原剂，具有环保和安全等特点；
(2)本制备方法可以在室温下进行，适用的环境温度范围为0°C 100°C，反应条件温和，减少了缺陷的产生；
(3)催化NaBH4水解释放出氢原子来还原氧化石墨烯，避免引入其它杂质原子，提高了石墨烯的纯度。
图1是利用本发明的制备方法还原氧化石墨烯的反应示意图。
具体实施例方式实施例1
(1)水洗、提纯氧化石墨烯
将IOmg氧化石墨烯溶解到IOml水中，超声分散溶解后，在20000转/分钟分别用体积浓度为3%的HCl和去离子水离心洗涤3次，加入去离子水，制得均勻的lmg/ml氧化石墨烯水溶液；
(2)加入CuCl2溶液
将IOOul的ImM CuCl2溶液加入到氧化石墨烯水溶液中，搅拌混合均勻。(3)还原氧化石墨烯
加入20mgNaBH4，搅拌混合均勻，反应6小时。(4)洗涤提纯石墨烯
在10000转/分钟分别用体积浓度为3%的HCl和去离子水离心洗涤6次，60°C真空干燥，得到石墨烯粉末。实施例2 (1)水洗、提纯
将IOmg氧化石墨烯溶解到IOml水中，超声分散溶解后，在20000转/分钟分别用体积浓度为3%HC1和去离子水离心洗涤3次，加入去离子水，制得均勻的lmg/ml氧化石墨烯水溶液；
(2)加入Fe (NO3) 3溶液 将IOOul的0. ImM Fe (NO3) 3溶液加入到氧化石墨烯水溶液中，搅拌混合均勻。(3)还原氧化石墨烯
加入20mgNaBH4，搅拌混合均勻，反应6小时。(4)洗涤提纯石墨烯
在10000转/分钟分别用体积浓度为m的HCl和去离子水离心洗涤6次，60°C真空干燥，得到石墨烯粉末。实施例3:
(1)水洗、提纯
将Img氧化石墨烯溶解到IOml水中，超声分散溶解后，在20000转/分钟分别用体积浓度为3%HC1和去离子水离心洗涤3次，加入去离子水，制得均勻的0. lmg/ml氧化石墨烯水溶液；
(2)加入CoSO4溶液
将IOOul的0. ImM CoSO4溶液加入到氧化石墨烯水溶液中，搅拌混合均勻。(3)还原氧化石墨烯
加入^igNaBH4,搅拌混合均勻，反应6小吋。(4)洗涤提纯石墨烯
在10000转/分钟分别用体积浓度为3%的HCl和水离心洗涤6次，60°C真空干燥，得到石墨烯粉末。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种制备石墨烯的方法，包括步骤ー将氧化石墨烯分别用稀盐酸和去离子水洗涤提纯多次，得到纯净的氧化石墨烯水溶液，并超声分散一段时间；其特征在于，还包括下述步骤步骤ニ 加入金属盐溶液到氧化石墨烯水溶液中，搅拌混合均勻； 步骤三加入NaBH4，搅拌均勻，至反应完成，得到混合溶液；步骤四将混合溶液离心一段时间，用稀盐酸洗涤重复多次，再用去离子水洗涤重复多次，60°C真空干燥，得到石墨烯粉末。
2.根据权利要求1所述的制备石墨烯的方法，其特征在干，步骤一中，所述氧化石墨烯由Hummer法制得，氧化石墨烯的质量浓度为0. 05 lmg/ml。
3.根据权利要求1所述的制备石墨烯的方法，其特征在干，步骤ニ中，所述金属盐溶液的摩尔浓度为IO-5 mo 1/L-IO"3 mol/L。
4.根据权利要求1或3所述的制备石墨烯的方法，其特征在干，步骤ニ中，所述金属盐包括可以溶解于水的含铜、铁、镍或钴类的硝酸盐、硫酸盐或氯化物。
5.根据权利要求1所述的制备石墨烯的方法，其特征在干，步骤四中，是以10000转/ 分钟的速度将混合溶液离心15分钟，用稀盐酸洗涤重复6次，再用水洗涤重复6次，真空干燥得到石墨烯粉末。
6.根据权利要求1或5所述的制备石墨烯的方法，其特征在干，步骤四中，所述稀盐酸的体积浓度为1%-10%。
全文摘要
本发明提供了一种在室温下利用化学还原法通过还原氧化石墨烯大量制备石墨烯的方法。首先将金属盐溶液加入到氧化石墨烯水溶液中，然后加入NaBH4，在室温下利用还原出来的金属颗粒催化NaBH4水解释放出大量具有高还原性的氢原子，由氢原子还原氧化石墨烯，最后通过酸洗涤脱去金属颗粒从而得到石墨烯。本发明方法避免了使用水合肼及其衍生物等具有强毒性和挥发性的化合物作为还原剂来制备石墨烯，具有环保和安全等特点，同时该方法可以在室温条件下进行，反应条件温和，减少了还原过程中石墨烯缺陷的产生。
文档编号B82Y40/00GK102530934SQ201210004009
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月9日 优先权日2012年1月9日
发明者卓其奇, 孙旭辉 申请人:苏州大学