一种石墨烯的制备方法与流程

1.本发明是一种石墨烯的制备方法，涉及纳米功能材料制备的技术领域。


背景技术：

2.石墨烯是目前发现的唯一存在的二维自由态原子晶体。从2004年被发现以来，就引起了各个领域的研究者的极大兴趣。石墨烯具有很多超级性质，比如较高的迁移率，显著的室温霍尔效应，稳定的狄拉克电子结构，高透光性，高机械强度，高热导率等。因此，石墨烯在微电子学、光学、磁学、生物医学、催化、储能、传感器以及多功能复合材料等方面展现出巨大的应用前景，引起世界科学界乃至产业界的高度关注。
3.目前制备石墨烯的主要方法有机械剥离、外延生长、有机合成、化学剥离等。其中，机械剥离工艺精制，产率较低，偶然性较大，不宜大量制备。外延生长需要较高的温度，其中，较常用的化学气相沉积需要昂贵的基质和气态碳源，基质转移困难。而有机合成线路复杂，产率极低，不宜大规模使用。化学剥离工序时间短，可以实现宏量制备。通过对现有的专利检索发现，目前液相剥离的石墨烯缺陷仍然明显，氧化还原法依然离不开强酸或浓酸的使用，有害气体依然难以消除。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术存在的不足，提供一种制备石墨烯的方法，能够制备出高质量的石墨烯，而且过程中不产生有害气体，对环境没有危害，成本较低。
5.本发明的一种石墨烯的制备方法，包括以下步骤：（1）按石墨粉质量（g）与烷基磺酸的体积（ml）的比为1:100~150，将石墨粉与烷基磺酸在磁力搅拌下混合，得到石墨
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烷基磺酸分散液；所述的石墨粉为天然鳞片石墨粉（石墨含量≥99.0%）；所述的烷基磺酸（纯度≥96.0%）为甲基磺酸、乙基磺酸中的任意一种；（2）对上述石墨
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烷基磺酸分散液磁力搅拌，并逐滴滴加过氧化氢溶液，滴加速率为2ml/min，滴加的过氧化氢的总体积是石墨
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烷基磺酸散液体积的50~75%；滴加结束，继续反应5~10 min，停止磁力搅拌；所述的过氧化氢溶液为质量分数为30%的水溶液，杂质含量≤0.005%；（3）将上述分散液进行超声波处理，超声波的功率为280~420 w，超声时间为30~60 min；（4）将超声波处理过的分散液进行离心，用去离子水反复洗涤，直至硫酸根完全除去（用0.25 mol/l氯化钡溶液检验）（5）将洗涤过的分散液进行冷冻干燥, 获得石墨烯固体粉末。
6.有益效果：（1）本发明避免了目前制备方法中浓酸的使用，对环境危害小；（2）本发明制备的石墨烯中1~10层占90~95%，产率为87%，且产品的被氧化程度较低，制备的石墨烯缺陷较少；
（3）本发明制备石墨烯工艺简单，成本较低，为实现石墨烯的宏量制备提供了新思路。
附图说明
7.图1是发明实例1制备的石墨烯的tem图；图2是发明实例1制备的石墨烯的sem图；图3是发明实例1制备的石墨烯的选区电子衍射图；图4是发明实例1制备的石墨烯的raman图；图5是发明实例1制备的石墨烯的raman图；图6是发明实例1制备的石墨烯的raman图。
8.具体实施案例。
9.实施例1一种石墨烯的制备方法（1）将0.5 g天然鳞片石墨粉（石墨含量≥99.0%）与50 ml甲基磺酸（纯度≥96.0%）在磁力搅拌作用下混合，得到石墨
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甲基磺酸分散液（2）在磁力搅拌下，向上述的分散液中逐滴滴加25 ml质量分数为30%的过氧化氢溶液（杂质含量≤0.005%），滴加速率为2ml/min；滴加结束，再经过5分钟后，停止磁力搅拌；（3）将上述分散液进行超声波处理，超声波的功率为420 w，超声时间为30 min；（4）将超声波处理过的分散液进行离心，用去离子水反复洗涤，直至硫酸根完全除去（用0.25 mol/l氯化钡溶液检验）；（5）对洗涤过的分散液进行冷冻干燥，获得石墨烯固体粉末0.426 g，产率为85.2%；由石墨烯的tem图（附图1）与sem（附图3）可知实例1制备的石墨烯呈片层结构，大部分层数在10层以下，表面有少许褶皱，证明石墨被剥离成为石墨烯，同时被氧化由石墨烯选区电子衍射图（附图2，选区来自附图1中黑点标注区），可知实例1制备的石墨烯的晶型比较完整。
10.由石墨烯的raman图（附图4、5和6）可知实例中制备的石墨烯的氧化程度较低，缺陷较少。
11.实施例2一种石墨烯的制备方法（1）将0.5 g天然鳞片石墨粉（石墨含量≥99.0%）与75 ml甲基磺酸（纯度≥96.0%）在磁力搅拌作用下混合，得到石墨
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甲基磺酸分散液（2）继续磁力搅拌，向上述的分散液中逐滴滴加55 ml质量分数为30%的过氧化氢溶液（杂质含量≤0.005%），滴加速率为2 ml/min；滴加结束，再经过10 min后，停止磁力搅拌；（3）将上述分散液进行超声波处理，超声波的功率为280 w，超声时间为60 min；（4）将超声波处理过的分散液进行离心，用去离子水反复洗涤，直至硫酸根完全除去（用0.25 mol/l氯化钡溶液检验）；（5）对洗涤过的分散液进行冷冻干燥，获得石墨烯固体粉末0.435 g，产率为87.0%。
12.实施例3 一种石墨烯的制备方法
（1）将0.5 g天然鳞片石墨粉（石墨含量≥99.0%）与60 ml乙基磺酸（纯度≥96.0%）在磁力搅拌作用下混合，得到石墨
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乙基磺酸分散液；（2）继续磁力搅拌，向上述的分散液中逐滴滴加45 ml质量分数为30%的过氧化氢溶液（杂质含量≤0.005%），滴加速率为2 ml/min；滴加结束，再经过8 min后，停止磁力搅拌；（3）将上述分散液进行超声波处理，超声波的功率为350 w，超声时间为40 min；（4）将超声波处理过的分散液进行离心，用去离子水反复洗涤，直至硫酸根完全除去（用0.25 mol/l氯化钡溶液检验）；（5）对洗涤过的分散液进行冷冻干燥，获得石墨烯固体粉末0.432 g，产率为86.4%。
13.实施例4一种石墨烯的制备方法（1）将0.5 g天然鳞片石墨粉（石墨含量≥99.0%）与60 ml甲基磺酸（纯度≥96.0%）在磁力搅拌作用下混合，得到石墨
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甲基磺酸分散液；（2）继续磁力搅拌，向上述的分散液中逐滴滴加45 ml质量分数为30%的过氧化氢溶液（杂质含量≤0.005%），滴加速率为2 ml/min；滴加结束，再经过8 min后，停止磁力搅拌；（3）将上述分散液进行超声波处理，超声波的功率为350 w，超声时间为40 min；（4）将超声波处理过的分散液进行离心，用去离子水反复洗涤，直至硫酸根完全除去（用0.25 mol/l氯化钡溶液检验）；（5）对洗涤过的分散液进行冷冻干燥，获得石墨烯固体粉末0.428 g，产率为85.6%。


技术特征：
1.一种石墨烯的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1） 按石墨粉质量（g）与烷基磺酸的体积（ml）的比为1:100~150，将石墨粉与烷基磺酸溶液，在磁力搅拌下混合，得到石墨
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烷基磺酸分散液；所述的石墨粉为天然鳞片石墨粉（石墨含量≥99.0%）；所述的烷基磺酸（纯度≥96.0%）为甲基磺酸、乙基磺酸中的任意一种；（2） 在磁力搅拌下，向上述的分散液中逐滴滴加过氧化氢溶液，滴加速率为2ml/min，滴加的过氧化氢的总体积是石墨
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烷基磺酸分散液体积的50~57%；滴加结束，继续搅拌5~10 min，停止磁力搅拌；所述的过氧化氢溶液为质量分数为30%的水溶液，杂质含量≤0.005%；（3） 将上述分散液进行超声波处理，超声波的功率为280~420 w，超声时间为30~60 min；（4） 将超声波处理过的分散液进行离心，用去离子水反复洗涤，直至硫酸根完全除去（用0.25 mol/l氯化钡溶液检验）；（5） 将洗涤过的分散液进行冷冻干燥，获得石墨烯固体粉末。

技术总结
本发明公开了一种石墨烯的制备方法，将石墨粉与烷基磺酸均匀搅拌成分散液，然后滴加过氧化氢溶液，经超声波处理得到石墨烯的分散液，离心、洗涤、干燥后可获得石墨烯固体粉末。该法制备的石墨烯产率为87%，产品层数少，缺陷度低。本发明制备的石墨烯可用做微电子学、光学、磁学、生物医学、催化、储能、传感器材料以及多功能复合材料。多功能复合材料。


技术研发人员：张龙 梅俊 杜文桥 马敬英
受保护的技术使用者：吉林省格瑞节能科技有限公司
技术研发日：2021.07.27
技术公布日：2021/10/8