[发明专利]一种用含硫化合物还原制备石墨烯的方法

说明书

技术领域

本发明属于化学还原法制备石墨烯产品技术领域，具体涉及一种用含硫化合物还原制备石墨烯的方法。 

背景技术

石墨烯是一种单分子层的二维石墨材料，因其具有潜在的高导电性、热稳定性、机械强度和特殊的量子特性而备受瞩目，被认为是未来全面替代硅的新材料。作为应用的基础，目前石墨烯的制备技术还有很大的开拓空间。目前的石墨烯制备方法主要包括机械剥离法、化学气相沉积法(CVD法)和化学还原法等。其中化学还原法因过程简单，易于批量制备等特点而被重点关注。其基本过程是先把石墨粉氧化成氧化石墨烯，而后进行还原，其中的还原剂是研究的重点与关键。 

目前已报道的可用于石墨烯制备的还原剂包括如下的体系：据美国《炭》(Carbon，2007，45，1558-1565)杂志报道，采用肼或其衍生物作为还原剂可以制备得到石墨烯；据美国《物理化学杂志C》(J.Phys.Chem.C，2008，112，8192-8195)报道，采用水合肼也可以还原制备石墨烯；据美国《化学材料》(Chem.Mater.，2010，22，2213-2218)报道，采用氨基酸作为还原剂，也可以还原得到石墨烯；据美国《纳米通讯》(Nano lett.，2008，8，1679-1682)杂志报道，采用传统的强还原剂如硼氢化钠，也可以还原制备石墨烯；据英国《化学通讯》(Chem.Commun.，2010，46，1112-1114)杂志报道，维生素C也可作为还原剂制备得到石墨烯；申请者也曾发现采用热还原法可以制备得到石墨烯，并在 英国《纳米尺度》杂志(Nanoscale，2010，2，559-563)上报道了该结果；另外申请者还发展了一种采用微波快速还原制备石墨烯的方法，见美国《炭》(Carbon，2010，48，1146-1152)杂志报道。 

上述这些报道的石墨烯的制备方法在不同程度上均有缺陷，如肼、水合肼、或硼氢化钠有高的毒性及危险性、还易于使产生的石墨烯有高的氮掺杂，影响石墨烯的纯度。而采用氨基酸或维生素作为还原剂，得到的石墨烯的导电性较低，难以获得高品质的石墨烯，热及微波还原制备得到的石墨烯也存在导电性不高的问题。故仍然需要发展新的还原体系，在保证能够快速制备石墨烯的同时，能够得到高导电性及低掺杂的石墨烯材料。 

发明内容

本发明公开一种采用含硫化合物作为还原剂，制备高导电性石墨烯的方法。 

本发明的技术方案如下： 

一种用含硫化合物还原制备石墨烯的方法，其特征在于：具体步骤如下： 

(1)将氧化石墨烯放入盛有溶剂的容器中，并用超声助溶5-8分钟，得到一定浓度的均匀分散液，分散液浓度为1-3mg/ml，优选为1mg/ml； 

(2)将1.35～5mmol的含硫化合物加入到步骤(1)的含50毫克氧化石墨烯的均匀分散液里，不断搅拌，并升高温度到在93-96℃，2-4小时后反应结束，降至室温； 

(3)将冷却后的容器内的物质，过滤、洗涤、冷冻干燥，得到高纯度的石墨烯， 

所述的溶剂为去离子水或去离子水与N，N-二甲基乙酰胺的混合溶液，其中水与N，N-二甲基乙酰胺的混合溶液混合溶剂的比例为VH2O∶VDMAc＝(2-3)∶3，最佳比例为：VH2O∶VDMAc＝2∶3 

所述的用含硫化合物还原制备石墨烯的方法，其特征在于：所述的含硫化合物选自NaHSO₃，Na₂SO₃，Na₂S₂O₃，Na₂S·9H₂O，SOCl₂、SO₂中的一种。 

与现有石墨烯的制备方法相比较，由于本发明方法采取含硫化合物代替肼等 高毒、高危险性试剂，制备方法更安全与绿色。特别是采用本发明方法的还原剂制备得到的石墨烯的导电性高，达6500Sm^-1，而热与微波还原等得到的石墨烯的导电性在2000Sm^-1以下，同样反应条件下即使采用肼还原得到的石墨烯的导电性也只有5100Sm^-1。同时，采用本发明方法制得的石墨烯产品中氮的含量也比肼还原得到石墨烯的低，氮含量可降至0.18t％，而肼还原得到产物的氮含量在3-5wt％之间，氮掺杂的存在会对石墨烯的性能产生较大的影响，故我们的方法对制备高品质石墨烯很有帮助。 

与已有的技术相比较，本发明的主要创新之处在于：