[发明专利]单层褶皱石墨烯及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及单层褶皱石墨烯及其制备方法和用途。所述制备方法包括如下步骤：将氧化石墨烯分散液与碱溶液混合加热，获得氧化石墨烯碱性分散溶液；将其进行离心分离和清水洗涤，固体沉淀重新分散在盐酸溶液内，获得混合溶液；再加热酸化，冷却后离心分离和清水洗涤，离心固体分散于水中获得碱洗酸化处理的褶皱氧化石墨烯分散液；再与酸性还原剂混合加热，获得单层褶皱石墨烯。其以单层形式分布，石墨烯纳米片层具有良好的褶皱结构，可有效抑制石墨烯纳米片层的堆垛，从而获得更加蓬松的石墨烯粉体，密度小；褶皱石墨烯粉体更易于从还原的分散液中过滤出来，解决了实际应用中石墨烯粉体难以分离的问题，大大提高石墨烯的生产量和利用率。

技术领域

本发明涉及石墨烯材料领域，尤其涉及单层褶皱石墨烯及其制备方法和用途。

背景技术

二维平面结构石墨烯具有超高的电导率、优异的导热和力学性能、超大的理论比表面积等不可比拟的性能，在环境功能材料、电磁屏蔽、电极材料、复合材料等领域展现出巨大的应用前景。化学氧化法制备氧化石墨烯是大批量廉价制备石墨烯的主要方式，然而，氧化石墨烯纳米片层在还原过程中由于片层间强烈的相互作用极易发生堆垛团聚，降低了石墨烯作为优异材料的有效性。

在石墨烯表面形成褶皱形态可有效抑制石墨烯的堆垛和团聚，且褶皱石墨烯表现出更加优异的导电性能和能量存储特性。现有制备褶皱石墨烯的方法有喷雾干燥法和模板法。前者是通过喷雾干燥法使氧化石墨烯分散液失去水分后发生表面褶皱形成褶皱形态氧化石墨烯，进而通过高温热还原的方式获得褶皱石墨烯。该技术对设备的依赖度高，条件苛刻且采用高温热还原能耗高。模板法是将氧化石墨烯分布在基底模板上，通过模板的褶皱制造石墨烯片层表面的褶皱形态，其需要基底模板且操作比较麻烦。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简便高效的单层褶皱石墨烯的制备方法，制备得到的单层褶皱石墨烯可应用于电磁屏蔽材料、储能材料、环境功能材料等领域。所述褶皱石墨烯凹凸不平的表面形貌有利于抑制石墨烯纳米片层的堆垛，有利于发挥石墨烯材料本征优异的导电性、超大比表面积等性能。

为实现上述目的，本发明提供一种单层褶皱石墨烯的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

氧化石墨烯碱性分散溶液的制备：将氧化石墨烯分散液与碱性溶液混合后加热，获得氧化石墨烯碱性分散溶液；

混合溶液的制备：将所得氧化石墨烯碱性分散溶液进行离心分离和清水洗涤，固体沉淀重新分散在盐酸溶液内，获得混合溶液；

碱洗酸化处理的褶皱氧化石墨烯分散液的制备：将所得混合溶液加热酸化，冷却后离心分离和清水洗涤，离心固体分散于水中获得碱洗酸化处理的褶皱氧化石墨烯分散液；

单层褶皱石墨烯的获得：将所得碱洗酸化处理的褶皱氧化石墨烯分散液与酸性还原剂优选抗坏血酸混合后加热，获得单层褶皱石墨烯。

进一步，所述氧化石墨烯碱性分散溶液的制备步骤中，所述氧化石墨烯分散液的浓度为0.5-2.0mg/mL，例如0.5mg/mL、0.6mg/mL、0.8mg/mL、1.0mg/mL、1.2mg/mL、1.4mg/mL、1.6mg/mL、1.8mg/mL、1.9mg/mL或2.0mg/mL等。氧化石墨烯与碱性溶液的质量比为1:1～1:5；例如1:1、1:2、1:3、1:4、1:4.5或1:5等。

本发明所述氧化石墨烯分散液的浓度小于0.5mg/mL时，浓度较烯，降低了整体处理量和生产效率；大于2mg/mL时，石墨烯纳米片层剥离分散程度低，碱洗去除氧化石墨烯纳米片层表面小尺寸氧化碎片效果差，纳米片层的褶皱形态差。

任选的，所述碱性溶液为氨水或氢氧化钠。

进一步，所述氧化石墨烯碱性分散溶液的制备步骤中，所述加热的温度为65～75℃；所述的加热温度低于65℃时，碱洗去除纳米片层表面的氧化碎片效果差，难以形成褶皱形态；所述加热温度高于75℃时，容易造成氧化石墨烯过热还原从溶液中析出，难以再分散获得单层褶皱石墨烯。