[发明专利]一种石墨烯的制备方法及石墨烯

说明书

本发明公开了一种石墨烯的制备方法，包括以下步骤：A)将剥离助剂与有机溶剂混合，得到剥离助剂的溶液或分散液，所述剥离助剂包括联苯及其衍生物、偶氮苯及其衍生物、含苯环致晶单元的液晶高分子及其合成树脂、含芳香杂环致晶单元的液晶高分子及其合成树脂中的一种或几种；B)将天然石墨粉加入到所述步骤A)得到的剥离助剂溶液或分散液中，得到吸附有剥离助剂的石墨悬浊液；C)将所述步骤B)得到的吸附有剥离助剂的石墨悬浊液用超声发生器、高速搅拌器或剪切设备中进行处理，得到石墨烯。本发明没有使用强酸、强碱或强氧化剂等原料，制备的石墨烯产率高，缺陷极少，含氧量极低，保持了石墨原有的导热、导电等性质。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯的制备方法及石墨烯，属于碳材料技术领域。

背景技术

石墨烯是由sp²杂化碳原子排列构成而成的单原子层二维材料。这种几乎完全透明、质轻、柔韧的材料不仅是目前已知最薄、最坚硬的纳米材料，而且具有许多优异的性能，比如石墨烯的导热系数约为5300W/m·K，高于天然石墨、碳纳米管和金刚石等材料；石墨烯常温下的电子迁移率大于15000cm²/V·s，高于纳米碳管和硅晶体；石墨烯的电导率高达10^-6S/m，比铜或银更低，是目前电导率最高的材料，等等。石墨烯的这些特性使得它在锂离子电池、超级电容器、太阳能电池、海水淡化、发光二极管、传感器、储氢、催化剂载体、复合材料、涂料、生物支架材料、药物控制释放等领域有广泛的应用前景。

目前，可采用许多种方法均可用于制备石墨烯，如微机械剥离法、溶剂剥离法、氧化-还原法、晶体外延生长法、化学气相沉积法、微波法和电化学法等。在这些方法中，微机械剥离法和晶体外延生长法制备效率比较低，目前难以满足大规模生产的需要；化学气相沉积法虽然可以获得大尺寸连续的石墨烯薄膜，但适用于电子器件和透明的导电薄膜，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-还原法制备石墨烯粉体的成本低廉且容易实现，但是所制备的石墨烯通常含有较多的缺陷，且在制备过程中会产生大量的废水或废气，对环境造成严重污染；微波法和电化学法具有反应周期短、高效率、绿色无污染和所制备的石墨烯形貌较完整、缺陷少等优点，然而由此制备的石墨烯产量少，尚不能实现大规模的工业化生产。

发明内容

本发明提供了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使用强酸、强碱或强氧化剂等原料，而是采用超声处理或剪切力对天然石墨粉进行液相剥离较快速地得到形貌较完整、缺陷少的石墨烯及非共价改性石墨烯；而且通过合理的回收利用有机溶剂，生成过程可实现环境“零污染”。

本发明提供一种石墨烯的制备方法，包括以下步骤：

A)将剥离助剂与有机溶剂混合，得到剥离助剂的溶液或分散液，所述剥离助剂包括联苯及其衍生物、偶氮苯及其衍生物、含苯环致晶单元的液晶高分子及其合成树脂、含芳香杂环致晶单元的液晶高分子及其合成树脂中的一种或几种；

B)将天然石墨粉加入到所述步骤A)得到的剥离助剂溶液或分散液中，得到吸附有剥离助剂的石墨悬浊液；

C)将所述步骤B)得到的吸附有剥离助剂的石墨悬浊液用超声发生器、高速搅拌器或剪切设备中进行处理，得到石墨烯。

优选的，所述步骤A)中的有机溶剂包括甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、环己酮、N-甲基甲酰胺、N-甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、甲苯、苯乙烯、二甲基亚砜、氯仿、四氢呋喃、吡啶、多聚磷酸中的一种或几种；

优选的，所述步骤A)中的联苯及其衍生物包括4,4'-二氨基联苯、3,3',5,5'-四甲基联苯胺、3,3'-二甲基-4,4'-二氨基联苯、2,2'-双(三氟甲基)-4,4'-二氨基联苯、4,4-联苯酚、3,3',5,5'-四甲基联苯酚、44'-联苯二甲酸、3,3',5,5'-联苯四甲酸中的一种或几种；