[发明专利]石墨烯的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯领域，特别涉及一种石墨烯的制备方法。

背景技术

石墨烯是单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状结构的一种新型碳材料，其是构件其他维度碳质材料，如零维富勒烯、一维纳米碳管、三维石墨等的基本单元。

石墨烯除了具有特殊的结构外，还具有诸多独特性质，最为显著是导热性和机械强度。石墨烯是一种良好的导体，可以很快的散发热量，而电子穿过石墨烯几乎没有任何阻力，所产生的热量也非常少。石墨烯非常牢固坚硬，其硬度高于钻石，强度优于钢铁，理想强度可达110～130GPa。同时，石墨烯又是一种非常优异的半导体材料，具有比硅高很多的载流子迁移率。石墨烯还是目前已知在常温下导电性能最优秀的材料，电子在其中的运动速度高于一般导体，这一特性使得其在纳米电子元件、传感器、晶体管和电池领域中有着巨大的应用前景。石墨烯还具有良好的透光性，是传统ITO膜潜在的替代产品。

石墨烯的制备方法主要有化学还原法，微机械剥离法和化学气相沉淀法，后两种方法产量较低，对工艺要求较高。因此目前主要采用化学还原法。化学还原法以氧化石墨为原料，通常用二甲肼、对苯二酚和硼氢化钠等为还原剂还原氧化石墨得到石墨烯。但是这些还原剂毒性较大或者易燃，不利于操作人员的健康，操作也较为不便，而且会引入其他官能团影响石墨烯的电学性能。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种石墨烯的制备方法，该方法不使用有毒原料，环保性较高，且不会引入其他官能团影响石墨烯的电学性能。

有鉴于此，本发明提供一种石墨烯的制备方法，包括：

a)、在超声波振荡的条件下将氧化石墨分散于水中，得到胶体；

b)、在酸性或碱性的条件下，以锌为还原剂还原所述氧化石墨，得到石墨烯；所述氧化石墨与锌的重量比为1∶(5.5～6.5)。

优选的，所述步骤b)在碱性条件下进行，具体为：

b1)、向所述胶体中依次加入摩尔比为1∶(10～15)的锌和碱，得到石墨烯；所述碱为氢氧化钠或氢氧化钾，所述氧化石墨与锌的重量比为1∶(5.5～6.5)。

优选的，所述氢氧化钠或氢氧化钾与氧化石墨的重量比为(15～30)∶1。

优选的，所述步骤b1的反应时间为5h～8h。

优选的，所述步骤b1的反应温度为80℃～100℃。

优选的，所述步骤b)在酸性条件下进行，具体为：

b2)、向所述胶体中依次加入锌和酸液，得到石墨烯；所述酸液为浓度为0.5mol/L～2mol/L的盐酸或硫酸溶液，所述氧化石墨与锌的重量比为1∶(5.5～6.5)。

7、根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述盐酸中的HCl或硫酸与氧化石墨的重量比为(15～50)∶1。

8、根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤b2的反应时间为5h～8h。

9、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述胶体中氧化石墨的浓度为0.8g/L 1.2g/L。

本发明提供一种石墨烯的制备方法，其是先将氧化石墨分散于水中得到氧化石墨胶体，然后以锌为还原剂，在酸性或碱性条件下还原氧化石墨制得。本发明使用锌作为还原剂，锌对氧化石墨具有较好的还原性能，且其廉价无毒，不会损害操作人员的身体健康，环保性能较高，以锌作为还原剂还不会引入其他官能团，有利于保持石墨烯良好的电学性能。更为重要的是，锌是一种两性金属，使得上述方法既可在酸性条件下又可在碱性条件下制备石墨烯，在酸性条件下，产物纯度较高，纯化步骤简单，后处理容易；在碱性条件下制备，还原程度较高，且可实现还原氧化石墨的同时实现对石墨烯的修饰。因此，采用上述方法可根据需求灵活选择制备条件。

附图说明

图1为氧化石墨溶液的紫外-可见光谱；

图2为a、b、c、d的XRD图；

图3为e、f、g、h的XRD图；

图4为a、b、c、d的红外光谱图；

图5为e、f、g、h的红外光谱图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明实施例公开了一种石墨烯的制备方法，包括如下步骤：

a)、在超声波振荡的条件下将氧化石墨分散于水中，得到胶体；