[发明专利]一种石墨烯的制备方法及石墨烯

说明书

技术领域

本发明属于碳材料技术领域，尤其涉及一种石墨烯及其制备方法。

背景技术

石墨烯(Graphene)是一种由碳原子构成的单层片状结构，并且只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯在很多方面都展现出了优异的性能，比如石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3％的光，其透光性非常好；石墨烯的导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石；石墨烯常温下的电子迁移率超过15000cm²/V·s，高于纳米碳管和硅晶体；石墨烯的电阻率只有10^-6Ω·cm，比铜或银更低，是目前电阻率最小的材料；此外石墨烯也是目前最薄却最坚硬的材料。将石墨烯制备成粉体更有利于石墨烯的应用，如石墨烯材料粉体可用作膨胀剂材料的添加剂，提高膨胀剂材料的电学性能和力学强度，石墨烯材料粉体具有广阔的应用前景。

目前，可采用多种方法制备得到石墨烯材料粉体，如机械剥离法、氧化-还原法、晶体外延生长法、化学气相沉积法、有机合成法和剥离碳纳米管法等。在这些方法中，机械剥离法和外延生长法制备效率很低，难以满足大规模的需要。化学气相沉积法虽然可以获得大尺寸连续的石墨烯薄膜，但适用于微纳电子器件或透明导电薄膜，却不能满足储能材料及功能复合材料领域的大规模需求。氧化-还原法制备石墨烯材料粉体较为容易实现，是制备石墨烯材料粉体的常用方法，但是该方法在制备石墨烯的过程中使用大量强酸和氧化剂，对石墨烯表面破坏严重，并且容易污染环境，因此不适合大规模产业化的石墨烯制备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯及其制备方法，本发明提供的制备方法没有使用强酸，不会污染环境，并且，本发明提供的制备方法以生物质材料为碳源，降低了石墨烯的成本。

本发明提供一种石墨烯的制备方法，包括以下步骤：

A)将生物质材料进行预处理，得到预处理的生物质材料，所述生物质材料包括农林废弃物、茶叶和海藻类植物中的一种或几种；

B)将金属催化剂、溶剂和所述步骤A)中的预处理的生物质材料混合，得到负载有催化剂的生物质材料；

C)将造孔剂与所述步骤B)得到的负载有催化剂的生物质材料混合，在700～1200℃下进行加热0.5～10小时，得到石墨烯。

优选的，所述生物质材料包括玉米秸秆、谷壳、核桃壳、茶叶、甘蔗渣、橘子皮、稻壳、树屑、小球藻、泡叶藻、海带、墨角藻和马尾藻中的一种或几种。

优选的，所述金属催化剂包括铁盐、亚铁盐、镍盐、钴盐、铁氰化物和亚铁氰化物中的一种或几种。

优选的，所述步骤B)中的金属催化剂与所述步骤A)中的预处理的生物质材料的质量之比为(0.01～20)：1。

优选的，所述造孔剂包括水蒸汽、氢氧化钾、氯化锌、磷酸和氢氧化钠中的一种或几种。

优选的，所述造孔剂与所述负载有催化剂的生物质材料的质量比为(1～10)：1。

优选的，所述步骤C)中加热的温度为700～1050℃；

所述步骤C)中加热的时间为0.5～10小时；

所述步骤C)中加热的温度通过升温实现，所述升温的速率为1～10℃。

优选的，所述步骤A)中的预处理具体包括以下步骤：

1)将生物质材料与第一清洗液混合，得到混合物；

2)将第二清洗液与所述步骤1)中的混合物混合，得到预处理的生物质材料。

优选的，所述第一清洗液包括高碘酸钠溶液或高锰酸钾溶液；

所述第二清洗液包括氢氧化钠的乙醇溶液。

本发明提供一种石墨烯，按照上述技术方案所述的制备方法制备得到；

所述石墨烯的比表面积为1000～3000；

所述石墨烯的孔隙率为1～10nm。

本发明提供一种石墨烯的制备方法，包括以下步骤：A)将生物质材料进行预处理，得到预处理的生物质材料，所述生物质材料包括农林废弃物、茶叶和海藻类植物中的一种或几种；B)将金属催化剂、溶剂和所述步骤A)中的预处理的生物质材料混合，得到负载有催化剂的生物质材料；C)将造孔剂与所述步骤B)得到的负载有催化剂的生物质材料混合，在700～1200℃下加热0.5～10小时，得到石墨烯。本发明提供的石墨烯的制备方法没有使用强酸，对环境没有污染，并且，本发明以生物质材料为碳源，碳源的原材料成本低且容易获得，解决了现有的碳源成本高，不利于大规模工业化的缺点。