固相煅燒合成石墨烯的方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及合成石墨烯的方法，尤其涉及采用固相煅燒合成石墨烯的方法，屬無機材料合成領域。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯具有高比表面積，孔容量大，導電性和導熱性好等優(yōu)異的性能，還有一些獨特的性能，如隧道效應、半整數(shù)量子霍爾效應等。由于石墨烯材料具有如此眾多奇特的性質(zhì)，引起了物理、化學、材料等不同領域科學家的極大研宄興趣。也使得石墨烯在電子、信息、能源、材料和生物醫(yī)藥等領域具有重大的應用前景。
[0003]物理方法通常是以廉價的石墨或膨脹石墨為原料，通過微機械剝離法、液相或氣相直接剝離法來制備單層或多層石墨烯，此法原料易得，操作相對簡單，合成的石墨烯的純度高、缺陷較少，但費時、產(chǎn)率低下，不適于大規(guī)模生產(chǎn)?；瘜W氣相沉積是反應物質(zhì)在相當高的溫度、氣態(tài)條件下發(fā)生化學反應，生成的固態(tài)物質(zhì)沉積在加熱的固態(tài)基體表面，進而制得固體材料的工藝技術(shù)。但現(xiàn)階段較高的成本、復雜的工藝以及精確的控制加工條件制約了化學氣相沉積法制備石墨烯的發(fā)展。
[0004]綜合各種文獻和相關專利，石墨烯的合成還存在產(chǎn)量小，合成條件苛刻、合成困難，合成過程需要大量溶劑、產(chǎn)生廢水多，反應放大困難。在煅燒條件下反應，深度還原石墨烯，石墨烯品質(zhì)好，分散劑劑可以回收再使用，至今沒有發(fā)現(xiàn)類似報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于提供一種產(chǎn)率高，還原程度好，容易分離，避免廢水的產(chǎn)生且適宜工業(yè)大量生產(chǎn)的石墨烯合成方法。
[0006]為實現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明采用柱撐或插層的方法，將分散劑分散在片層之間，石墨烯還原后加入溶解劑，除去分散劑，保持片層的分散性。
[0007]具體步驟如下:
(I)將氧化石墨烯加水與分散劑混合，超聲分散，使分散劑柱撐或插層在片層間隙。
[0008](2)加入氫氧化鈉或濃氨水或鹽酸溶液，得到凝膠狀物質(zhì)柱撐或插層在片層間隙，300—1000°C高溫煅燒，熱還原氧化石墨烯。
[0009](3)石墨烯還原后加入溶解劑，除去分散劑，經(jīng)洗滌，將濾餅烘干，得到石墨烯。
[0010]所述第⑴步中，分散劑為氯化鋁，硝酸鋁，氯化鐵，氯化銅，偏鋁酸鈉，硅酸鈉，硫酸亞鐵銨，氨水，氯化銨，鹽酸，硫酸，碳酸鈉等其中之一。
[0011]所述第⑴步中，氧化石墨稀與分散劑的質(zhì)量比=1:100~100:1。
[0012]所述第⑵步中，煅燒溫度優(yōu)選800---1OOO0C ;煅燒時間是1~48小時。
[0013]所述第(3)步中，除去分散劑的溶解劑是鹽酸，硫酸，硝酸，水，氫氧化鈉，氟化銨或氫氟酸等，或多種溶解劑分步依次處理。
[0014]本發(fā)明優(yōu)點在于:采用固相煅燒法合成石墨烯，產(chǎn)率高，達80%以上，石墨烯還原程度高，石墨烯品質(zhì)好。從根本上避免了采用水相合成石墨烯時片層過度堆積，造成石墨烯比表面積小等缺陷。生產(chǎn)過程中無廢水的產(chǎn)生，分散劑和溶劑可回收循環(huán)使用，簡化了合成過程，降低了成本，適合工業(yè)化大規(guī)模合成石墨烯。本發(fā)明生產(chǎn)的石墨烯可用于電子、信息、能源、材料和生物醫(yī)藥等領域，也可用做合成其它化合物的載體等。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明實施例1制得的石墨烯掃描電鏡圖。
【具體實施方式】
[0016]以下結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步說明:
實施例1
在燒杯中，加入氧化石墨1.0g,加入硫酸亞鐵銨12g和30 mL水，超聲分散I小時。然后加入氫氧化鈉，使分散劑柱撐或插層在片層間隙，得到凝膠狀物質(zhì)柱撐或插層在片層間隙。加水洗滌，加熱80°C干燥。300°C煅燒4小時。加入稀硫酸溶解，過濾干燥，得到石墨烯0.8go石墨稀比表面積400平方米/克。層間距約0.4納米。石墨稀中碳氧質(zhì)量比=8.7:1。
[0017]實施例2
在燒杯中，加入氧化石墨1.0 g，氯化鋁5 g和20 mL水，超聲分散I小時。然后慢慢加入稀鹽酸，使分散劑柱撐或插層在片層間隙，至沉淀完全，加水洗滌，加熱80°C干燥，大約2小時。500°C煅燒I小時。冷卻后，加鹽酸溶解氧化鋁。過濾干燥，得到石墨烯0.8 g?石墨稀比表面積500平方米/克。層間距約0.4納米。石墨稀中碳氧質(zhì)量比=8.5:1。
[0018]實施例3
在燒杯中，加入氧化石墨1.0 g，加入硅酸鈉5.0 g和20 mL水。超聲分散2小時。慢慢滴加稀鹽酸，使分散劑柱撐或插層在片層間隙，至沉淀完全。加水洗滌，加熱80°C干燥。在1000°C煅燒I小時。冷卻后用氟化銨或氫氟酸溶解。過濾。烘干，得到石墨烯0.88 go石墨稀比表面積700平方米/克。層間距約0.5納米。石墨稀中碳氧質(zhì)量比=9:1。
[0019]實施例4
在燒杯中，加入氧化石墨1.0 g，加入偏鋁酸鈉5.0 g和20 mL水。超聲分散2小時。慢慢滴加稀鹽酸，使分散劑柱撐或插層在片層間隙，至沉淀完全，加水洗滌，加熱80°C干燥。800°C煅燒2小時。冷卻后，加鹽酸溶解氧化鋁。過濾干燥，得到石墨烯0.8 go石墨烯比表面積500平方米/克。層間距約0.5納米。石墨稀中碳氧質(zhì)量比=9:1。
[0020]實施例5
在燒杯中，加入氧化石墨1.0 g，加入氯化銅5.0 g和20 mL水。超聲分散2小時，慢慢加入碳酸鈉，使分散劑柱撐或插層在片層間隙。加水洗滌，加熱80°C干燥。1000°C煅燒I小時。冷卻后，加鹽酸溶解氧化銅，加稀硝酸溶解銅。過濾干燥，得到石墨烯0.8 go石墨烯比表面積500平方米/克。層間距約0.5納米。石墨稀中碳氧質(zhì)量比=9.5:1。
[0021]實施例6
將氧化石墨1.0 kg，加入氯化鋁5kg和50kg水，超聲分散2小時。慢慢加入稀氫氧化鈉攪拌，至沉淀完全。壓濾，烘干。在700°C煅燒4小時。冷卻后加稀鹽酸，液體渾濁，液面有金屬光澤。過濾烘干，得到石墨稀0.84 kg ο石墨稀比表面積500平方米/克。層間距約 0.4納米。石墨稀中碳氧質(zhì)量比=8.5:1。
【主權(quán)項】
1.固相煅燒合成石墨烯的方法，其特征在于，通過如下步驟實現(xiàn): (1)將氧化石墨烯加水與分散劑混合，超聲分散，使分散劑柱撐或插層在片層間隙； (2)加入氫氧化鈉或濃氨水或鹽酸溶液，分散劑分散到片層之間，得到凝膠狀物質(zhì)，300---100CTC尚溫鍛燒，熱還原氧化石墨??； (3)石墨烯還原后加入溶解劑，除去分散劑，經(jīng)洗滌，將濾餅烘干，得到石墨烯； 所述第(I)步中，分散劑為氯化鋁，硝酸鋁，氯化鐵，氯化銅，偏鋁酸鈉，硅酸鈉，硫酸亞鐵銨，氨水，氯化銨，鹽酸，硫酸，碳酸鈉其中之一； 所述第⑴步中，氧化石墨烯與分散劑的質(zhì)量比=1:100~100:1 ; 所述第(3)步中，除去分散劑的溶解劑選鹽酸，硫酸，硝酸，水，氫氧化鈉，氟化銨或氫氟酸。
2.如權(quán)利要求1所述的固相煅燒合成石墨烯的方法，其特征在于，所述第(2)步中，煅燒溫度選8001000°C，煅燒時間1~48小時。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種固相煅燒合成石墨烯的方法，屬無機材料合成領域。該方法將氧化石墨與水混合，超聲分散，攪拌一定時間，在片層之間形成分散劑，使混合物形成凝膠狀。加熱烘干，煅燒。溶解分散劑，過濾。洗滌濾餅，將濾餅烘干得到石墨烯。該方法得到的石墨烯比表面積大，還原程度深，從根本上避免了采用水相合成石墨烯時片層過度堆積，造成石墨烯比表面積小等缺陷。生產(chǎn)過程中無廢水的產(chǎn)生，分散劑可回收循環(huán)使用，簡化了合成過程，降低了成本，適合工業(yè)化大規(guī)模合成石墨烯。
【IPC分類】C01B31-04
【公開號】CN104773727
【申請?zhí)枴緾N201510175433
【發(fā)明人】王儲備, 文書堂, 孫寅瑋, 褚亮亮, 周建偉, 郭暉
【申請人】新鄉(xiāng)學院
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年4月15日