[发明专利]一种多层石墨烯的制备方法

说明书

本申请所提供的一种多层石墨烯的制备方法，以石墨作为阳极，以石墨或者惰性金属作为阴极，在电解液中电解后，过滤电解后电解液，得到石墨烯湿粉，水洗、干燥所述石墨烯湿粉，得到该多层石墨烯干粉。以解决了现有技术中的石墨烯制备缺陷多、产率低、难转移，且生产成本高、操作繁杂等技术问题，所述的多层石墨烯的制备方法利用电源施加的电场力驱动电解液中的离子或分子以电化学方式对石墨阳极进行插层，使石墨层间距变大，同时阳极伴随产生的气体进一步膨胀石墨，减小层间范德华力，从而剥落得到石墨烯，具有快速、简单、高效的优点，可以实现石墨烯的高产率低成本大规模工业化生产。

技术领域

本发明涉及石墨烯制备技术领域，具体而言，涉及一种多层石墨烯的制备方法。

背景技术

石墨烯自2004年由Novoselov.K.S.等通过微机械剥离法从高定向热解石墨上剥离以来，以其独特二维单原子层结构所赋予的优异性能而成为各个领域的研究热点。石墨烯的优异性能主要表现在：单层石墨烯的透光率可达97.4％；导电性极好，电阻率低至0.8～1.0×10^-8Ω·m，电子迁移率可达15000cm2v^-1s^-1；具有极高的热导率，可达5300W/m·K，远高于其他材料；断裂强度和杨氏模量分别125GPa和1.1Tpa；同时，理论比表面积可达2630m²g^-1。这些性能有利于石墨烯在新能源、储能、复合材料、电子器件、生物医学和国防军事等领域的应用。

目前，制约石墨烯材料应用的“瓶颈”是如何大批量、低成本、可控生产高质量的石墨烯。

现有技术中，石墨烯制备方法主要可分为两类：自下而上(碳原子在适当的条件下自组装高效生长石墨烯片)和自上而下(利用机械、物理或化学方法有效分离得到石墨烯层片)制备。自下而上制备包括化学气相沉积、外延生长法等；自上而下制备主要是机械剥离法、液相剥离法、氧化还原法等。其中，化学气相沉积可通过调控基底类型、生长温度、前驱体流量和降温速率等参数可控制备大面积、高质量石墨烯，但其成本昂贵、厚度不可控、转移过程复杂限制其应用。外延生长法可利用SiC单晶体在超高真空高温下，表面Si原子蒸发，C原子自组重构生成石墨烯，但设备昂贵，转移复杂难以广泛应用。而机械剥离法可利用石墨层片与石墨烯的结构关系，物理剥离得到高质量石墨烯，但产率低、无法控制尺寸，难以实现规模化生产。液相剥离法可直接将石墨或膨胀石墨加在某种有机溶剂或水中，借助超声波或气流的作用制备石墨烯，但成本高、产率低。现今，氧化还原法是国内石墨烯量产普遍采用的一种制备方法，虽成本不高，但因大量引入强氧化剂和强酸，导致石墨烯及其衍生物存在大量结构缺陷，限制了其应用领域，使得该法的工业应用价值不高。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种多层石墨烯的制备方法，以解决了现有技术中的石墨烯制备缺陷多、产率低、难转移，且生产成本高、操作繁杂等技术问题，所述的多层石墨烯的制备方法利用电源施加的电场力驱动电解液中的离子或分子以电化学方式对石墨阳极进行插层，使石墨层间距变大，同时阳极伴随产生的气体进一步膨胀石墨，减小层间范德华力，从而剥落得到石墨烯，具有快速、简单、高效的优点，可以实现石墨烯的高产率低成本大规模工业化生产。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种多层石墨烯的制备方法，包括以下步骤：

以石墨作为阳极，以石墨或者惰性金属作为阴极，在电解液中电解后，过滤电解后电解液，得到石墨烯湿粉，水洗、干燥所述石墨烯湿粉，得到该多层石墨烯干粉。

优选的，所述阳极的石墨材料选自鳞片石墨、膨胀石墨或裂解石墨中的一种。

优选的，所述阴极与所述阳极的距离为2-8cm，更优选为3-6cm。