[发明专利]由焦炭或煤电化学生产石墨烯片

权利要求书

1.一种由焦炭或煤粉的供应源来生产孤立的石墨烯片的方法，所述焦炭或煤粉在其中含有具有一定的层间间距的六方碳原子域和/或六方碳原子中间层，所述方法包括：

(a)通过在插层反应器中进行的电化学插层程序形成经插层的焦炭或煤化合物，其中所述反应器含有(i)液体溶液电解质，所述液体溶液电解质包含插层剂；(ii)工作电极，所述工作电极含有所述焦炭或煤粉作为活性材料与所述液体溶液电解质处于离子接触，其中所述焦炭或煤粉选自石油焦炭、煤衍生的焦炭、中间相焦炭、合成焦炭、风化褐煤、无烟煤、褐煤、沥青煤、天然煤矿粉、或其组合；以及(iii)与所述液体溶液电解质处于离子接触的对电极，并且其中以足以实现将所述插层剂电化学插层到所述层间间距中的电流密度和持续时间在所述工作电极和所述对电极上施加电流；并且

(b)使用超声处理、热冲击暴露、机械剪切处理、或其组合使所述经插层的焦炭或煤化合物膨化并且从所述经插层的焦炭或煤化合物中分离所述六方碳原子中间层以生产所述孤立的石墨烯片。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述焦炭或煤粉的多个颗粒分散在所述液体溶液电解质中、布置在工作电极隔室中、并且由与其处于电子接触的集流体负载或限制，并且其中所述工作电极隔室和负载在其上或限制在其中的所述多个颗粒不与所述对电极处于电子接触。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述多个颗粒聚集在一起以形成电子传导路径的网络。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述反应器进一步含有溶解在所述液体溶液电解质中的石墨烯平面润湿剂。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述石墨烯平面润湿剂选自三聚氰胺、硫酸铵、十二烷基硫酸钠、钠(乙二胺)、四烷基铵、氨、脲、六亚甲基四胺、有机胺、芘、1-芘甲酸、1-芘丁酸、1-芘胺、聚(4-苯乙烯磺酸钠)、或其组合。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述方法间歇地或连续地进行，并且所述焦炭或煤粉供应源和所述液体溶液电解质被间歇地或连续地提供到所述反应器中。

7.如权利要求2所述的方法，其中所述方法间歇地或连续地进行，并且所述焦炭或煤粉供应源和所述液体溶液电解质被间歇地或连续地提供到所述工作电极隔室中。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述工作电极隔室中的所述焦炭或煤粉以按重量计高于20％的浓度分散在所述液体溶液电解质中。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述工作电极隔室中的所述焦炭或煤粉以按重量计高于50％的浓度分散在所述液体溶液电解质中。

10.如权利要求1所述的方法，其中所述机械剪切处理包括运行空气碾磨、空气喷射碾磨、球磨、旋转叶片机械剪切、或其组合。

11.如权利要求1所述的方法，其中所述施加电流提供在0.1A/m²至600A/m²范围内的电流密度。

12.如权利要求1所述的方法，其中所述施加电流提供在1A/m²至500A/m²范围内的电流密度。

13.如权利要求1所述的方法，其中所述施加电流提供在10A/m²至300A/m²范围内的电流密度。

14.如权利要求1所述的方法，其中所述热冲击暴露包括将所述经插层的焦炭或煤化合物加热至300℃-1,200℃范围内的温度持续15秒至2分钟的时间段。

15.如权利要求1所述的方法，其中所述孤立的石墨烯片含有单层石墨烯。