[发明专利]一种石墨烯的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，尤其是涉及一种石墨烯的制备方法。

背景技术

石墨烯(graphene)是由单层碳原子构成的一种二维蜂窝状结构的碳质新材料，十层以下的石墨被称为石墨烯。理想的石墨烯为正六元晶胞结构，每个碳原子都是sp²杂化，并贡献剩余一个p轨道上的电子形成大π键，π电子可以自由移动，从而使石墨烯具有良好的导电性能。石墨烯是构成其他炭材料的基本组成单元，包裹起来形成零维的富勒烯(Fullerene)，卷起来形成一维的碳纳米管(Carbon Nanotube)，层层堆积形成三维的石墨(graphite)。

自2004年Andre Geim和Konstantin Novoselov首次利用人工方法用石墨成功分离出稳定的石墨烯后。石墨烯具有高的比表面积，突出的导热性能、力学性能，室温下高速的电子迁移率，狄拉克-费米子行为、量子霍尔效应、最小电导率以及零带隙半导体等优越的性能。

石墨烯独特的电化学性能，已知最高的理论比表面积，单层石墨烯的理论比表面积可达2600m²·g^-1，在电容器中，材料的比表面积越大其容量越高，所以人们开始探究其这种极限结构的sp²碳质材料在超级电容器里应用的可能性，因而一直受到广泛关注，引发了新一轮的研究热潮。

石墨烯不仅可以被在超级电容器总，也可以被应用于锂二次电池中，提高锂离子电池性能的关键因素是正极材料的开发研究，相对于负极材料来说，正极材料的研究开发相对落后，成为提高锂离子电池整体性能的瓶颈。目前锂硫正极材料是发现的正极材料中比容量最高的，可被应用为锂二次电池的正极材料，也可以与其他正极材料进行掺杂或者作为碳源进行包覆，来改善正极材料的电化学性能。同时石墨烯具有良好的导电性和电子传输速度，还可以被应用于负极以提高锂二次电池的电化学性能，来制备优良的锂二次电池。

近几年来，由于石墨烯特殊的力学、热学及电化学性能，其应用越来越广泛，而石墨烯的制备一直以来是研究的焦点，特别是单层石墨烯的制备方法，被许多科学研究者所关注。目前，石墨烯的制备方法主要有：微机械剥离、化学气相沉积、氧化石墨还原、石墨层间化学物法以及有机合成法。

通过水合肼来还原氧化石墨烯，得到了化学改性石墨烯(Chemically Modified Graphene，CMG)，测试了石墨烯用作超级电容器的性能。结果表明石墨烯的电容性能在水系和有机电解液中的比电容分别可以达到135F·g^-1和99F·g^-1。通过低温热膨胀法制备的石墨烯材料，在30％(质量分数)KOH电解液中，其比电容可以达到230F·g^-1，与高温剥离制备的石墨烯相比，该种方法制备的石墨烯表现出了优越的能量储存性能。通过原位聚合法制备了GNS(Graphene Nanosheets)/PANI(Polyaniline)的复合材料，在扫描速率为1mV·s^-1时，GNS/PANI的比电容为1046F·g^-1，远远大于同样扫速下PANI单体的比电容(115F·g^-1)。当比功率为70kW·kg^-1时，该复合材料的比能量高达39Wh·kg^-1。但是上述石墨烯的制备中，水合肼制备的石墨烯中有氮原子的残留，低温膨胀法制备的石墨烯需在惰性的气体氛围下，相对于大规模生产石墨烯来说，有较大的难度。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于，提供了一种制备工艺简单，易于大规模生产的一种石墨烯的制备方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种石墨烯的制备方法，包括如下制备步骤：

A、原料配制：将氧化石墨与四氢呋喃配制成悬浮液，超声25-35min后得到褐色的氧化石墨烯悬浮液；

B、氧化石墨烯还原：往步骤A所得到的氧化石墨烯悬浮液中加入四氢化铝锂(LiAlH₄)，室温下反应搅拌2-4h后，抽滤、干燥得到还原后的氧化石墨烯；

C、氧化石墨脱氧：先将步骤B所得到的还原后的氧化石墨与二氯甲烷混合，超声25-35min，再往超声后的混合悬浮液中滴加三溴化磷(PBr₃)，接着搅拌反应2-4h后，过滤、洗涤、干燥后得到所述石墨烯。

较佳地，所述氧化石墨与四氢呋喃按照1mg∶1.5mL配制成悬浮液。