石墨烯的制备方法
【专利摘要】一种石墨烯的制备方法，包括以下步骤：以石墨为正极，铂为负极插入由水和离子液体混合而成的电解液中，在正极和负极之间施加0.8V~1.5V的电压电解4分钟~10分钟；在正极和负极之间施加10V~15V的电压电解0.5分钟~1分钟；过滤电解液，并将过滤得到的固体物在60℃~100°C下真空干燥；及在通入保护性气体的条件下，将固体物加热至700℃~800℃，并保持1小时~2小时得到石墨烯。通过上述石墨烯的制备方法较为环保。
【专利说明】石墨烯的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种石墨烯的制备方法。
【背景技术】
[0002]石墨烯是一种二维单分子层材料，具有优异的物理性质，如高的理论比表面积、优异的机械强度、良好的柔韧性和高的电导率等，受到研究者的广泛关注。
[0003]目前制备石墨烯的方法主要有机械剥离法、外延生长法、氧化还原法和化学气相沉积法。化学还原法制备石墨烯往往采用水合肼等化学试剂，这些试剂具有一定毒性，对人体和环境带来危害，环保性较差。
【发明内容】
[0004]基于此，有必要提供一种较为环保的石墨烯的制备方法。
[0005]一种石墨烯的制备方法，包括如下步骤:
[0006]以石墨为正极，钼为负极插入由水和离子液体混合而成的电解液中，在所述正极和所述负极之间施加0.8疒1.5V的电压电解4分钟~10分钟，所述离子液体选自1- 丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1- 丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、N-甲基，丁基吡咯烷四氟硼酸盐、1-乙基-3- 甲基咪唑四氟硼酸盐及1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐中的至少一种；
[0007]在所述正极和所述负极之间施加10V~15V的电压电解0.5分钟分钟；
[0008]过滤所述电解液，并将过滤得到的固体物在60°C~100° C下真空干燥；及
[0009]在通入保护性气体的条件下，将所述固体物加热至700°C ~800°C，并保持I小时小时得到石墨稀。
[0010]在其中一个实施例中，所述离子液体与水的质量比为2:广1:2。
[0011]在其中一个实施例中，所述正极与所述负极之间的间距为0.1米~I米。
[0012]在其中一个实施例中，所述真空干燥的时间为12小时~24小时。
[0013]在其中一个实施例中，所述保护性气体选自氮气及氩气中的至少一种。
[0014]在其中一个实施例中，所述保护性气体的流速为200mL/min~400mL/min。
[0015]在其中一个实施例中，将所述固体物的温度以15°C /mirT25°C /min的速率升高至700 V ~800。。。
[0016]上述石墨烯的制备方法，耗时较短，设备及工艺简单，便于操作，使用的离子液体毒性较小，较为环保。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为一实施方式的石墨烯的制备方法的流程图；
[0018]图2为实施例1制备的石墨烯的吸附-脱附等温曲线。【具体实施方式】
[0019]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
[0020]请参阅图1，一实施方式的石墨烯的制备方法，包括如下步骤:
[0021]步骤S110、以石墨为正极，钼为负极插入由水和离子液体混合而成的电解液中，在正极和负极之间施加0.8疒1.5V的电压电解4分钟~10分钟，离子液体选自1- 丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐([BMM] [TFSI] )、1_ 丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([BMM][BF4] )、N-甲基，丁基吡咯烧四氟硼酸盐(PPi4BF4)、1_乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([EMM] [BF4])及1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐([EMM] [TFSI])中的至少一种。
[0022]该步骤中，在正极和负极之间施加0.8疒1.5V的电压时，石墨与电解液接触的位置开始带正电荷，电解液中的负离子通过静电吸附至石墨的表面。
[0023]优选的，离子液体与水的质量比为2:广1:2。
[0024]优选的，正极与负极之间的间距为0.1米~I米。
[0025]步骤S120、在正极和负极之间施加IOV~15V的电压电解0.5分钟~I分钟。
[0026]该步骤中，在正极和负极之间施加10V~15V的电压，石墨的蜂窝状晶格平面逐渐变为带正电荷的平面大分子，此时，会有大量的带负电荷的离子和水分子插入石墨层间，电解液中开始有漂浮物。
[0027]步骤S130、过滤电解液，并将过滤得到的固体物在60°C~100° C下真空干燥。
[0028]优选的，烘干的时间为12小时~24小时。
[0029]该步骤中，烘干后的固体物中含有离子液体和水。
[0030]步骤S140、在通入保护性气体的条件下，将所述固体物加热至700°C ~800°C，并保持I小时小时得到石墨烯。
[0031]优选的，保护性气体选自氮气及氩气中的至少一种。
[0032]优选的，保护性气体的流速为200mL/min~400mL/min。
[0033]优选的，将固体物的温度以15°C /mirT25°C /min的速率升高至700°C~80(TC。
[0034]该步骤中，固体物在保护性气体的氛围下进行高温处理，插入石墨层间的离子液体和水会转变为水蒸气，一氧化碳及二氧化碳气体，这些气体在层间形成非常大的压力，当这个压力带来的力大于石墨片层间的范德华力时，石墨片层就会发生剥离生成石墨烯。
[0035]上述石墨烯的制备方法，耗时较短，设备及工艺简单，便于操作；使用的离子液体毒性较小，较为环保；通过电化学的方法使石墨高效转化为石墨烯，所制备的石墨烯具有较高的比较面积。
[0036]以下结合具体实施例来进一步说明。
[0037]实施例1
[0038]本实施例制备石墨烯的工艺流程如下:
[0039]石墨一石墨烯
[0040](1)石墨:纯度 99.5% ;[0041](2)石墨烯:将(I)中的石墨制成石墨棒，用石墨棒当作正极，用钼棒当着负极，外接电源；再将正负极插入由水和1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐([BMM][TFSI])构成的电解液中(水:[BMM] [TFSI]=lg:lg)，在正负极间施加一个1.2V电压，持续5分钟,再在正负极间施加IOV电压，持续I分钟后,将电解液溶液进行过滤,并将固体产物置于60° C的真空烘箱中烘12小时；最后再将烘干后的固体产物置于氩气(流速:400ml/分钟)保护下，以15° C/分钟的升温速率将固体产物的温度升至700° C，并保持I小时，之后继续在氩气(流速:400ml/分钟)保护下降至室温，得到石墨烯。
[0042]请参阅图2，图2所示为实施例1制备的石墨烯利用BET测孔仪得出的吸附_脱附等温曲线。其中上面的曲线为等温脱附曲线，下面的曲线为等温吸附曲线。由图2可以得出实施例1制备的石墨烯的比表面积为674m2/g。
[0043]实施例2
[0044]本实施例制备石墨烯的工艺流程如下:
[0045]石墨一石墨烯
[0046](I)石墨:纯度 99.5% ;
[0047](2)石墨烯:将(I)中的石墨制成石墨棒，用石墨棒当作正极，用钼棒当着负极，外接电源；再将正负极插入由水和1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐[BMM] [BF4]构成的电解液中(水:[BMM] [BF4]=2g:lg)，在正负极间施加一个IV电压，持续4分钟，再在正负极间施加12V电压，持续0.5分钟后，将电解液溶液进行过滤，并将固体产物置于60° C的真空烘箱中烘24小时；最后再将烘干后的固体产物置于氩气(流速:400ml/分钟)保护下，以30° C/分钟的升温速率将固体产物的温度升至900° C，并保持I小时，之后继续在氩气(流速:400ml/分钟)保护下降至室温，得到石墨烯。
[0048]实施例2制备的石墨烯烃BET测孔仪测试，其比表面积为619m2/g。
[0049]实施例3
[0050]本实施例制备石墨烯的工艺流程如下:
[0051]石墨一石墨烯
[0052](1)石墨:纯度 99.5% ;
[0053](2)石墨烯:将(I)中的石墨制成石墨棒，用石墨棒当作正极，用钼棒当着负极，外接电源；再将正负极插入由水和1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐[BMM] [TFSI]构成的电解液中(水:[BMM] [TFSI] =Ig: lg)，在正负极间施加一个1.5V电压，持续5分钟，再在正负极间施加15V电压，持续0.5分钟后，将电解液溶液进行过滤，并将固体产物置于60° C的真空烘箱中烘12小时；最后再将烘干后的固体产物置于氩气(流速:200ml/分钟)保护下，以20° C/分钟的升温速率将固体产物的温度升至800° C，并保持I小时，之后继续在氩气(流速:200ml/分钟)保护下降至室温，得到石墨烯。
[0054]实施例3制备的石墨烯烃BET测孔仪测试，其比表面积为723m2/g。
[0055]实施例4
[0056]本实施例制备石墨烯的工艺流程如下:
[0057]石墨一石墨烯
[0058](I)石墨:纯度 99.5% ;
[0059](2)石墨烯:将(I)中的石墨制成石墨棒，用石墨棒当作正极，用钼棒当着负极，外接电源；再将正负极插入由水和1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐([EMM][TFSI])构成的电解液中(水:[EMM] [TFSI] =Ig: 2g)，在正负极间施加一个1.5V电压，持续10分钟，再在正负极间施加15V电压，持续I分钟后，将电解液溶液进行过滤，并将固体产物置于60° C的真空烘箱中烘12小时；最后再将烘干后的固体产物置于氩气(流速:400ml/分钟)保护下，以25° C/分钟的升温速率将固体产物的温度升至800° C，并保持2小时，之后继续在氩气(流速:400ml/分钟)保护下降至室温，得到石墨烯。
[0060]实施例4制备的石墨烯烃BET测孔仪测试，其比表面积为786m2/g。
[0061]实施例5
[0062]本实施例制备石墨烯的工艺流程如下:
[0063]石墨一石墨烯
[0064](I)石墨:纯度 99.5% ;
[0065](2)石墨烯:将(I)中的石墨制成石墨棒，用石墨棒当作正极，用钼棒当着负极，外接电源；再将正负极插入由水和N-甲基，丁基吡咯烷四氟硼酸盐(PPli4BF4)构成的电解液中(水=(PPuBF4)=Igjg),在正负极间施加一个1.2V电压，持续10分钟，再在正负极间施加15V电压，持续3分钟后，将电解液溶液进行过滤，并将固体产物置于60° C的真空烘箱中烘12小时；最后再将烘干后的固体产物置于氩气(流速:400ml/分钟)保护下，以25° C/分钟的升温速率将固体产物的温度升至900° C，并保持2小时，之后继续在氩气(流速:400ml/分钟)保护下降至室温，得到石墨烯。
[0066]实施例5制备的石墨烯烃BET测孔仪测试，其比表面积为823m2/g。
[0067]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还`可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1.一种石墨烯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: 以石墨为正极，钼为负极插入由水和离子液体混合而成的电解液中，在所述正极和所述负极之间施加0.8V-1.5V的电压电解4分钟~10分钟，所述离子液体选自1- 丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1- 丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、N-甲基，丁基吡咯烷四氟硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐及1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐中的至少一种； 在所述正极和所述负极之间施加10疒15V的电压电解0.5分钟分钟； 过滤所述电解液，并将过滤得到的固体物在60°C~100° C下真空干燥；及 在通入保护性气体的条件下，将所述固体物加热至700°C ~800°C，并保持I小时~2小时得到石墨稀。
2.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述离子液体与水的质量比为2:1~1:2。
3.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述正极与所述负极之间的间距为0.1米~I米。
4.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述真空干燥的时间为12小时~24小时。
5.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述保护性气体选自氮气及氩气中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述保护性气体的流速为200mL/min~400mL/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，将所述固体物的温度以15°C /mirT25°C /min 的速率升高至 700°C ~800°C。
【文档编号】C01B31/04GK103663429SQ201210358354
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月24日 优先权日:2012年9月24日
【发明者】周明杰, 王要兵, 钟辉, 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