[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的制备方法及石墨烯。

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的成本低廉且容易实现，但是会产生大量的废水，对环境造成严重污染。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯的制备方法及石墨烯，本发明提供的制备方法没有采用强酸或强碱进行氧化，而是采用金属催化剂对碳源催化，得到石墨烯，对环境污染较小。

本发明提供一种石墨烯的制备方法，包括以下步骤：

A)将金属催化剂与水混合，得到金属催化剂的水溶液；

B)将凝胶类材料与所述步骤A)得到的金属催化剂的水溶液混合，得到吸附有金属催化剂的水凝胶材料，所述凝胶类材料包括淀粉类化合物、纤维素类化合物和合成树脂中的一种或几种；

C)将所述步骤B)得到的吸附有金属催化剂的水凝胶材料在保护气体气氛或真空环境下进行热处理，得到石墨烯。

优选的，所述淀粉类化合物包括羧甲基化淀粉、淀粉丙烯腈接枝共聚物、淀粉-聚丙烯酸接枝共聚物、淀粉接枝丙烯酸盐聚合物、淀粉接枝丙烯酰胺聚合物、淀粉接枝苯乙烯磺酸聚合物、淀粉接枝乙烯基磺酸聚合物、淀粉磺原酸盐接枝丙烯酸盐和淀粉-丙烯酸-丙烯酰胺-顺丁烯二酸酐接枝共聚物中的一种或几种；

所述纤维素类化合物包括羧甲基化纤维素、纤维素接枝丙烯腈水解产物、纤维素接枝丙烯酸盐聚合物、纤维素接枝丙烯酰胺聚合物、纤维素磺原酸盐接枝丙烯酸盐和纤维素磺原酸丙烯酸盐中的一种或几种。

优选的，所述合成树脂包括丙烯酸与丙烯酰胺共聚物、聚丙烯酸盐、聚丙烯酰胺、聚乙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙烯醇-酸酐交联共聚物、醋酸乙烯-丙烯酸酯共聚物、聚氧乙烯系、丙烯酰胺-丙烯酸盐共聚交联物、聚乙烯醇接枝丙烯酸、聚丙烯酸-醋酸乙烯、聚丙烯酸-丙烯腈、丙烯酸酯与醋酸乙烯酯共聚、醋酸乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物、聚乙烯醇-酸酐交联共聚物和聚乙烯醇-丙烯酸酯共聚物中的一种或几种。

优选的，所述金属催化剂包括氯化铁，醋酸铁、硫酸铁、氯化镍、醋酸镍、硫酸镍中的一种或几种。

优选的，所述金属催化剂与所述凝胶类材料的质量比为1：(5～50)。

优选的，所述凝胶类材料与所述步骤A)中与所述金属催化剂混合所用水的质量比为1：(5～200)。

优选的，所述步骤C)中热处理的温度为600～1000℃；

所述步骤C)中热处理的时间为0.5～10小时。

优选的，所述步骤B)具体包括：

将阻隔剂、凝胶类材料和所述步骤A)得到的金属催化剂的水溶液混合，得到吸附有金属催化剂的水凝胶材料；

所述凝胶类材料包括淀粉类化合物、纤维素类化合物和合成树脂中的一种或几种；

所述阻隔剂包括惰性金属盐。

优选的，所述步骤C)包括以下具体步骤：

将造孔剂与所述步骤B)得到的吸附有金属催化剂的水凝胶材料混合，在保护气体气氛或真空环境下进行热处理，得到石墨烯。

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成。