[发明专利]一种绿色高效剥离石墨制备石墨烯的方法

说明书

本发明提供一种绿色高效剥离石墨制备石墨烯的方法，以氨基化茶多酚作为插层剥离剂，锂盐的无水有机溶剂作为电解液，配置成剥离介质，以石墨作为阴极，惰性金属电极为阳极，通过电化学反应，将电解产物与电解质通过低温高压均质或/和超声的机械作用下，进行二次物理液相剥离，然后进行分离和洗涤，最后高温干燥得到石墨烯粉体。本发明使用氨基化茶多酚/锂盐二组分的水溶液作为剥离介质，绿色无污染，廉价易得，可回收利用；且能够高效剥离石墨片层产生大量单层或少层石墨烯，剥离产率高达100%，所制备的石墨烯具有高导电和导热特性，有望实现石墨烯的产业化制备。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，涉及一种石墨烯二维材料的制备方法，具体涉及一种绿色高效液相剥离石墨制备石墨烯的方法。

背景技术

石墨烯（Graphene）是碳原子以sp²杂化轨道组成，具有六角型蜂巢晶格的二维层状碳纳米材料。石墨烯是组成其它碳纳米材料的基本单元，它能够通过翘曲制备得到零维的富勒烯，卷曲得到一维的碳纳米管，堆叠得到三维的石墨，也可以通过氧化、插层和剥离得到二维的氧化石墨烯，进一步切割剥离获得准零维的石墨烯量子点。石墨烯自身大比表面积、高强度、高导电和导热等优异性能引起研究者们的广泛关注，并在能源、催化、电子和生物等领域具有重大的应用前景。在此背景下，绿色、高效、高产率制备石墨烯成为满足其应用需求的关键因素。

目前，制备石墨烯的方法主要有微机械剥离法、化学气相沉积法、电化学氧化法、化学氧化还原法和液相剥离法等。其中微机械剥离法无法实现工业化生产；化学气相沉积法主要用于制备石墨烯薄膜，且产量和产率极低；电化学氧化法制备效率和产率较低，对电极要求高；化学氧化还原法已经被应用到工业化生产，然而后续产生大量的废酸、氧化剂和还原剂，后处理成本高，严重制约了石墨烯的下游应用。因此，寻找绿色、无毒、无污染的还原剂，成为氧化还原法亟需解决的问题。

茶多酚是茶叶中多酚类物质的总称，为白色不定形粉末，易溶于水，主要化学成分为儿茶素类、黄酮类、花青索类、酚酸类等4大类物质。茶多酚具有强的抗氧化能力，主要是由于其分子中含有2个以上的邻位羟基多元酚，具有较强的供氢能力，而且茶多酚和其他抗氧化剂存在协同作用，这些协同作用增强了茶多酚的还原能力。因此，利用茶多酚的还原能力对氧化石墨烯进行还原，制备还原氧化石墨烯具有潜在的意义。中国专利CN 104098087A和中国专利CN 107161984 B分别公开了一种金属/茶多酚作为还原剂还原氧化石墨烯的方法，和一种抗坏血酸/茶多酚协同作用制备石墨烯的方法，所使用的还原剂绿色无污染、来源广泛，制备工艺简单，双组分还原体系对氧化石墨烯的还原效果更优，解决了还原剂高毒性、制备周期长且工艺复杂等问题。同时，中国发明专利CN 110117002 A公开了一种石墨烯的制备方法，采用了辅助气体/茶多酚类材料相结合的绿色还原模式，大大阻碍了石墨烯片层之间的π-π堆叠作用，有效的在还原氧化石墨烯同时，阻止了石墨烯在还原过程中的层间堆叠。然而，石墨烯经过强的化学氧化过程所产生的结构缺陷，仍然无法完全修复，从而严重影响了石墨烯的本征性质和相关应用。