一种石墨烯的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种石墨烯的制备方法，是通过以下步骤制得：1)将石墨加入至双氧水溶液中，搅拌30min～5h；2)将1)所得产物在真空度100Pa～1000Pa下，升温至100～400℃，维持恒温5h～12h；3)将2)产物超声震荡30min～1h；4)将3)产物加入至双氧水溶液中，搅拌2h～8h；5)将4)产物真空干燥12h～24h后得到石墨烯。本发明提供的石墨烯的制备方法的有益效果：双氧水分解生成氧气和水，制成过程中不存在溶剂残留，生成的石墨烯性能较稳定，电学性能良好。
【专利说明】—种石墨烯的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及石墨烯【技术领域】,特别涉及一种石墨烯的制备方法。
【背景技术】
[0002]石墨烯(Graphene)是由碳原子紧密堆积成的二维蜂窝状结构，可以被看作一层被剥离的“石墨片”，被认为是零维的富勒烯、一维的碳纳米管和三维的体相石墨的母体，由此形成了富勒烯、碳纳米管、金刚石和石墨的完整的碳系家族。由于石墨烯优良的物理化学性能和广泛的应用前景，使制备石墨烯的技术得以快速发展，目前，石墨烯的制备主要有两种途径，一种是采用各种物理化学手段剥离石墨的由上而下的方法，另一种为由小分子自下而上合成石墨烯的方法。其中，由上而下的方法有机械剥离法、氧化石墨还原法及石墨层间化合物途径；而由下而上的方法有沉积生长法和化学合成法。这些方法中石墨层间化合物途径制备的石墨烯缺陷少、质量高，但制得的石墨烯中因有机溶剂和表面活性剂残留，使其电学性能受到影响。
[0003]基于以上所述，一种改进的石墨烯的制备方法的开发将很有必要性。
【发明内容】
[0004]针对上述问题，本发明提供一种改进的石墨烯的制备方法，通过在石墨片层间进行两次双氧水分解及一次热膨胀反应，使石墨片层间距增大至彼此分离，从而制得石墨烯。这种改进的石墨烯的制备方法能避免有机溶剂和表面活性剂残留等问题。 [0005]本发明公开的石墨烯的制备方法，是通过以下步骤制得:
[0006]一种石墨烯的制备方法，其特征在于，是通过以下步骤制得:
[0007]I)将石墨加入至双氧水溶液中，搅拌30min~5h。双氧水分解生成氧气，在石墨片层间扩散，形成石墨片层间的剥离力；
[0008]2)将I)所得产物在真空度IOOPa~1000Pa下，升温至100~400°C，维持恒温5h~12h。闻温闻压条件下，石墨片层间距进一步加大；
[0009]3)将2)产物超声震荡30min~lh。超声震荡作用使石墨片层层距进一步加大；
[0010]4)将3)产物加入至双氧水溶液中，搅拌2h~8h。通过二次双氧水插层剥离，使石墨片层彻底分离，生成石墨烯；
[0011]5)将4)产物真空干燥12h~24h后得到石墨烯。
[0012]优选的是，所述的石墨烯的制备方法，其中，步骤I)反应温度为50~115°C。
[0013]优选的是，所述的石墨烯的制备方法，其中，所述双氧水溶液浓度为5%~40%。
[0014]优选的是，所述的石墨烯的制备方法，其中，所述双氧水溶液中添加有稳泡剂，所述稳泡剂为聚乙烯醇。稳泡剂能够提高气泡稳定性，延长泡沫破灭半衰期。
[0015]优选的是，所述的石墨烯的制备方法，其中，所述聚乙烯醇浓度为0.0I g/mL~
0.2g/mL。
[0016]优选的是，所述的石墨烯的制备方法，其中，步骤2)搅拌速度为200~500转/min。
[0017]优选的是，所述的石墨烯的制备方法，其中，步骤3)超声震荡在常温下进行。
[0018]优选的是，所述的石墨烯的制备方法，其中，步骤4)反应温度为50~135°C。
[0019]优选的是，所述的石墨烯的制备方法，其中，步骤5)真空干燥的温度为60°C~120°C下进行。
[0020]本发明提供的石墨烯的制备方法的有益效果:双氧水分解生成氧气和水，制成过程中不存在溶剂残留，生成的石墨烯性能较稳定，电学性能良好。
【具体实施方式】
[0021]下面对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
[0022]实施例1
[0023]本实施例提供一种石墨烯的制备方法，是通过以下步骤制得:
[0024]I)将石墨加入至双氧水溶液中，反应温度为50°C，搅拌5h，所述双氧水溶液浓度为5%。双氧水分解生成氧气，在石墨片层间扩散，形成石墨片层间的剥离力。所述双氧水溶液中添加有稳泡剂 ，所述稳泡剂为聚乙烯醇，所述聚乙烯醇浓度为0.01g/mL。稳泡剂能够提高气泡稳定性，延长泡沫破灭半衰期；
[0025]2)将I)所得产物在真空度IOOPa下，升温至400°C，维持恒温5h。高温高压条件下，石墨片层间距进一步加大；
[0026]3)将2)产物常温下超声震荡30min。超声震荡作用使石墨片层层距进一步加大；
[0027]4)将3)产物加入至双氧水溶液中，搅拌2h，搅拌速度为500转/min，反应温度为135°C。再通过一次双氧水插层剥离，使石墨片层彻底分离，生成石墨烯；
[0028]5)将4)产物于60°C下，真空干燥24h后得到石墨烯。
[0029]制得的石墨烯的片层厚度为15nm ;所述石墨烯的比表面为650m2/g。石墨烯电极在0.05A/g电流密度下经恒流充放电，计算得电容比容量为155F/g，效率E为99.2%。
[0030]实施例2
[0031]本实施例提供一种石墨烯的制备方法，是通过以下步骤制得:
[0032]I)将石墨加入至双氧水溶液中，反应温度为115°C，搅拌30min，所述双氧水溶液浓度为40%。双氧水分解生成氧气，在石墨片层间扩散，形成石墨片层间的剥离力。所述双氧水溶液中添加有稳泡剂，所述稳泡剂为聚乙烯醇，所述聚乙烯醇浓度为0.2g/mL。稳泡剂能够提高气泡稳定性，延长泡沫破灭半衰期；
[0033]2)将I)所得产物在真空度1000Pa下，升温至100°C，维持恒温12h。高温高压条件下，石墨片层间距进一步加大；
[0034]3)将2)产物常温下超声震荡Ih。超声震荡作用使石墨片层层距进一步加大；
[0035]4)将3)产物加入至双氧水溶液中，搅拌8h，搅拌速度为200转/min，反应温度为50°C。再通过一次双氧水插层剥离，使石墨片层彻底分离，生成石墨烯；
[0036]5)将4)产物于120°C下，真空干燥12h后得到石墨烯。
[0037]制得的石墨烯的片层厚度为9nm ;所述石墨烯的比表面为1200m2/g。石墨烯电极在0.05A/g电流密度下经恒流充放电，计算得电容比容量为190F/g，效率E为99.5 %。[0038]实施例3
[0039]本实施例提供一种石墨烯的制备方法，是通过以下步骤制得:
[0040]I)将石墨加入至双氧水溶液中，反应温度为65°C，搅拌lh，所述双氧水溶液浓度为30%。双氧水分解生成氧气，在石墨片层间扩散，形成石墨片层间的剥离力。所述双氧水溶液中添加有稳泡剂，所述稳泡剂为聚乙烯醇，所述聚乙烯醇浓度为0.05g/mL。稳泡剂能够提高气泡稳定性，延长泡沫破灭半衰期；
[0041]2)将I)所得产物在真空度500Pa下，升温至20(TC，维持恒温6h。高温高压条件下，石墨片层间距进一步加大；
[0042]3)将2)产物常温下超声震荡40min。超声震荡作用使石墨片层层距进一步加大；
[0043]4)将3)产物加入至双氧水溶液中，搅拌4h，搅拌速度为300转/min，反应温度为75°C。再通过一次双氧水插层剥离，使石墨片层彻底分离，生成石墨烯；
[0044]5)将4)产物于70°C下，真空干燥14h后得到石墨烯。
[0045]制得的石墨烯的片层厚度为3.5nm ;所述石墨烯的比表面为1500m2/g。石墨烯电极在0.05A/g电流密度下经恒流充放电，计算得电容比容量为178F/g，效率E为99.4%。
[0046]实施例4
[0047]本实施例提供一种石墨烯的制备方法，是通过以下步骤制得: [0048]I)将石墨加入至双氧水溶液中，反应温度为80°C，搅拌2h，所述双氧水溶液浓度为25%。双氧水分解生成氧气，在石墨片层间扩散，形成石墨片层间的剥离力。所述双氧水溶液中添加有稳泡剂，所述稳泡剂为聚乙烯醇，所述聚乙烯醇浓度为0.lg/mL。稳泡剂能够提高气泡稳定性，延长泡沫破灭半衰期；
[0049]2)将I)所得产物在真空度600Pa下，升温至300°C，维持恒温7h。高温高压条件下，石墨片层间距进一步加大；
[0050]3)将2)产物常温下超声震荡40min。超声震荡作用使石墨片层层距进一步加大；
[0051]4)将3)产物加入至双氧水溶液中，搅拌6h，搅拌速度为300转/min，反应温度为95°C。再通过一次双氧水插层剥离，使石墨片层彻底分离，生成石墨烯；
[0052]5)将4)产物于80°C下，真空干燥20h后得到石墨烯。
[0053]制得的石墨烯的片层厚度为4nm ;所述石墨烯的比表面为1300m2/g。石墨烯电极在0.05A/g电流密度下经恒流充放电，计算得电容比容量为146F/g，效率E为99.3 %。
[0054]实施例5
[0055]本实施例提供一种石墨烯的制备方法，是通过以下步骤制得:
[0056]I)将石墨加入至双氧水溶液中，反应温度为75°C，搅拌4h，所述双氧水溶液浓度为30%。双氧水分解生成氧气，在石墨片层间扩散，形成石墨片层间的剥离力。所述双氧水溶液中添加有稳泡剂，所述稳泡剂为聚乙烯醇，所述聚乙烯醇浓度为0.02g/mL。稳泡剂能够提高气泡稳定性，延长泡沫破灭半衰期；
[0057]2)将I)所得产物在真空度300Pa下，升温至200°C，维持恒温7h。高温高压条件下，石墨片层间距进一步加大；
[0058]3)将2)产物常温下超声震荡50min。超声震荡作用使石墨片层层距进一步加大；
[0059]4)将3)产物加入至双氧水溶液中，搅拌4h，搅拌速度为300转/min，反应温度为105°C。再通过一次双氧水插层剥离，使石墨片层彻底分离，生成石墨烯；[0060]5)将4)产物于90°C下，真空干燥18h后得到石墨烯。
[0061]制得的石墨烯的片层厚度为3nm ;所述石墨烯的比表面为1050m2/g。石墨烯电极在0.05A/g电流密度下经恒流充放电，计算得电容比容量为158F/g，效率E为99.4%。
[0062] 尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。
【权利要求】
1.一种石墨烯的制备方法，其特征在于，是通过以下步骤制得: .1)将石墨加入至双氧水溶液中，搅拌30min~5h； . 2)将I)所得产物在真空度IOOPa~1000Pa下，升温至100~400°C，维持恒温5h~.12h ； .3)将2)产物超声震荡30min~Ih； . 4)将3)产物加入至双氧水溶液中，搅拌2h~8h; . 5)将4)产物真空干燥12h~24h后得到石墨烯。
2.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤I)反应温度为50~.115。C。
3.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述双氧水溶液浓度为.5%~40%。
4.根据权利要求3所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述双氧水溶液中添加有稳泡剂，所述稳泡剂为聚乙烯醇。
5.根据权利要求4所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯醇浓度为.0.01g/mL ~0.2g/mL。
6.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤2)搅拌速度为200~.500 转 /min.
7.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤3)超声震荡在常温下进行。
8.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤4)反应温度为50~.135。C。
9.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤5)真空干燥的温度为.60 V~120°C下进行。
【文档编号】C01B31/04GK103964429SQ201410225832
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月26日 优先权日:2014年5月26日
【发明者】金闯, 杨晓明 申请人:苏州斯迪克新材料科技股份有限公司