專利名稱：一種制備石墨烯的方法
技術領域：
本發明涉及材料合成領域，特別是涉及一種制備石墨烯的方法。
背景技術：
石墨烯是2004年英國曼徹斯特大學的安德烈.K.海姆(Andre K.Geim)等發現的一種二維碳原子晶體，為單層或多層的極薄的碳材料。由于其獨特的結構和光電性質使其成為碳材料、納米技術、凝聚態物理和功能材料等領域的研究熱點，吸引了諸多科技工作者。單層石墨烯擁有優良的導電、導熱性能和低的熱膨脹系數，并且其理論比表面積高達2630m2/g (A Peigney, Ch Laurent, et al.Carbon, 2001, 39, 507),可用于效應晶體管、電極材料、復合材料、液晶顯示材料和傳感器等。目前制備石墨烯的方法主要有石墨剝裂(Novoselov K S, Geim A K, etal.Science 2004, 306,666) > 超聲剝離法(Guohua Chen, Wengui Weng, Dajun ffu, etal.Carbon.2004,42, 753)、熱還原(Mcallister, et al.Chemistry of materials.2007,19,4396)、化學氧化還原法(D A Dikin, et al.Nature 2007,448,457 ；Sasha Stankovich,Dmitriy A Dikin, Richard D Piner, et al.Carbon 2007,45,1558)和化學氣相沉積法制備石墨烯(Alexander N, Obraztsov.Nature nanotechnology 2009,4, 212)等。其中，化學氧化還原法是目前最容易實現產業化的方法，然而此方法會對石墨烯的結構造成破壞，使其性能下降，而且產物清洗過濾制約了生產效率。化學氣相沉積法制備的石墨烯結構完整、性能優良、工藝簡單，但其制備量小限制了其應用。
發明內容
為解決上述問題，本發明旨在提供一種制備石墨烯的方法，該方法結合了化學氧化還原法與化學氣相沉積法 的優點并且克服了這兩種方法的不足，能夠高產量制備高性能的石墨烯，工藝設備簡單，適于產業化生產。本發明提供的一種制備石墨烯的方法，包括以下步驟:(I)將氧化石墨溶解于液態含碳物質，配成濃度為I 20g/L的懸濁液，裝入霧化器內；(2)往反應室通入氣流量為10 IOOOsccm的保護性氣體，并保持I 60分鐘；(3)隨后將反應室加熱至750 1100°C，保持溫度不變，打開霧化器，以50 200mL/min的速度將懸濁液霧氣噴入反應室內進行反應，保持反應5 60分鐘；(4)反應完成后，關閉霧化器，在保護性氣體氣氛下使反應室冷卻至室溫，停止通入保護性氣體，得到石墨烯。所述制備石墨烯的方法中，步驟(I)中:液態含碳物質用于溶解氧化石墨，優選地，液態含碳物質為甲醇和乙醇中的一種或其組合；優選地，配成懸濁液的濃度為5 10g/L。所述制備石墨烯的方法中，步驟(2)中:
優選地,保護性氣體為氫氣、氮氣和氬氣中的一種或其任意組合；優選地,往反應室內通入保護性氣體后保持20 30分鐘。所述制備石墨烯的方法中，步驟(3)中:優選地，反應室的加熱溫度為900 1050°C ;優選地，噴入懸濁液霧氣的速度為80 10OmT ,/mi η。本發明提供的制備石墨烯的方法結合了化學氧化還原法與化學氣相沉積法的優點并且克服了這兩種方法的不足，能夠高產量制備高性能的石墨烯，工藝設備簡單，適于產業化生產。
圖1為本發明的石墨烯制備工藝流程圖；圖2為本發明實施例一所制備的石墨烯的SEM電鏡圖。
具體實施例方式以下所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護范圍。圖1為本發明的石墨烯制備工藝流程圖。一種制備石墨烯的方法，包括以下步驟:
(I)將氧化石墨溶解于液態含碳物質，配成濃度為I 20g/L的懸濁液，裝入霧化器內；(2)往反應室通入氣流量為10 IOOOsccm的保護性氣體，并保持I 60分鐘；(3)隨后將反應室加熱至750 1100°C，保持溫度不變，打開霧化器，以50 200mL/min的速度將懸濁液霧氣噴入反應室內進行反應，保持反應5 60分鐘；(4)反應完成后，關閉霧化器，在保護性氣體氣氛下使反應室冷卻至室溫，停止通入保護性氣體，得到石墨烯。所述制備石墨烯的方法中，步驟(I)中:液態含碳物質用于溶解氧化石墨，液態含碳物質為甲醇和乙醇中的一種或其組合；配成懸池液的濃度為5 10g/L。所述制備石墨烯的方法中，步驟(2)中:保護性氣體為氫氣、氮氣和氬氣中的一種或其任意組合；往反應室內通入保護性氣體后保持20 30分鐘；反應室底部可先設置石英舟或金屬箔等用于收集石墨烯的裝置，也可不設置收集
>J-U ρ α裝直。所述制備石墨烯的方法中，步驟(3)中:反應室的加熱溫度為900 1050°C ;噴入懸濁液霧氣的速度為80 100mL/min。按目前化學氧化還原法的產量，即配制100L、濃度為lg/L的懸濁液還原24小時或更長時間來制備石墨烯，其產量約為100g。而本發明同樣配制濃度為lg/L的懸濁液以200mL/min的速度噴入懸濁液霧氣進行反應24小時，其產量約為288g，若增加懸濁液濃度，相同條件下產量會更高。
本發明提供的制備石墨烯的方法結合了化學氧化還原法與化學氣相沉積法的優點并且克服了這兩種方法的不足，能夠高產量制備高性能的石墨烯，工藝設備簡單，適于產業化生產。實施例一一種制備石墨烯的方法，包括以下步驟:(I)將氧化石墨溶解于乙醇，配成濃度為lg/L的懸濁液，裝入霧化器內；(2)往反應室通入氣流量為500sccm的氬氣，并保持20分鐘；(3)隨后將反應室加熱至1100°C，保持溫度不變，打開霧化器，以200mL/min的速度將懸濁液霧氣噴入反應室內進行反應，保持反應20分鐘；(4)反應完成后，關閉霧化器，在氬氣氣氛下使反應室冷卻至室溫，停止通入氬氣，得到石墨稀。圖2為本發明實施例一所制備的石墨烯的SEM電鏡圖。從圖中可以明顯看出已成功制備出石墨烯，層數約為2 7層。按目前化學氧化還原法的產量，即配制100L、濃度為lg/L的懸濁液還原24小時或更長時間來制備石墨烯，其產量約為IOOg ;而本方法同樣配制濃度為lg/L的懸濁液以200mL/min的速度噴入懸濁液霧氣進行反應24小時，其產量約為288g。實施例二一種制備石墨烯的方法，包括以下步驟:
(I)將氧化石墨 溶解于甲醇，配成濃度為5g/L的懸濁液，裝入霧化器內；(2)往反應室通入氣流量為IOOsccm的氫氣，并保持60分鐘；(3)隨后將反應室加熱至900°C，保持溫度不變，打開霧化器，以lOOmL/min的速度將懸濁液霧氣噴入反應室內進行反應，保持反應30分鐘；(4)反應完成后，關閉霧化器，在氫氣氣氛下使反應室冷卻至室溫，停止通入氫氣，得到石墨稀。實施例三一種制備石墨烯的方法，包括以下步驟:(I)將氧化石墨溶解于乙醇，配成濃度為20g/L的懸濁液，裝入霧化器內；(2)往反應室通入氣流量為200sccm的氮氣，并保持30分鐘；(3)隨后將反應室加熱至1050°C，保持溫度不變，打開霧化器，以50mL/min的速度將懸濁液霧氣噴入反應室內進行反應，保持反應5分鐘；(4)反應完成后，關閉霧化器，在氮氣氣氛下使反應室冷卻至室溫，停止通入氮氣，得到石墨稀。實施例四一種制備石墨烯的方法，包括以下步驟:(I)將氧化石墨溶解于甲醇和乙醇的混合物，配成濃度為10g/L的懸濁液，裝入霧化器內，甲醇和乙醇的混合比例不限；(2)往反應室通入氣流量為IOOOsccm的保護性氣體，并保持20分鐘，保護性氣體為氫氣、氮氣和氬氣的混合物，保護性氣體中混合比例不限；(3)隨后將反應室加熱至750°C，保持溫度不變，打開霧化器，以80mL/min的速度將懸濁液霧氣噴入反應室內進行反應，保持反應60分鐘；(4)反應完成后，關閉霧化器，在步驟(2)中所述保護性氣體氣氛下使反應室冷卻至室溫，停止通入保護性氣體，得到石 墨烯。
權利要求
1.一種制備石墨烯的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將氧化石墨溶解于液態含碳物質，配成濃度為I 20g/L的懸濁液，裝入霧化器內； (2)往反應室通入氣流量為10 IOOOsccm的保護性氣體，并保持I 60分鐘； (3)隨后將反應室加熱至750 1100°C，保持溫度不變，打開霧化器，以50 200mL/min的速度將懸濁液霧氣噴入反應室內進行反應，保持反應5 60分鐘； (4)反應完成后，關閉霧化器，在保護性氣體氣氛下使反應室冷卻至室溫，停止通入保護性氣體，得到石墨烯。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(I)中所述液態含碳物質為甲醇和乙醇中的一種或其組合。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(I)中所述配成懸濁液的濃度為5 10g/L。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)中所述保護性氣體為氫氣、氮氣和氬氣中的一種或其任意組合。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)中往反應室內通入保護性氣體后保持20 30分鐘。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(3)中所述反應室的加熱溫度為900 1050 O。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(3)中所述噴入懸濁液霧氣的速度為80 10OmT ,/mi η。
全文摘要
本發明提供了一種制備石墨烯的方法，包括以下步驟將氧化石墨溶解于液態含碳物質，配成濃度為1～20g/L的懸濁液，裝入霧化器內；往反應室通入氣流量為10～1000sccm的保護性氣體，并保持1～60分鐘；隨后將反應室加熱至750～1100℃，保持溫度不變，打開霧化器，以50～200mL/min的速度將懸濁液霧氣噴入反應室內進行反應，保持反應5～60分鐘；反應完成后，關閉霧化器，在保護性氣體氣氛下使反應室冷卻至室溫，停止通入保護性氣體，得到石墨烯。結合了化學氧化還原法與化學氣相沉積法的優點并且克服了這兩種方法的不足，能夠高產量制備高性能的石墨烯，工藝設備簡單，適于產業化生產。
文檔編號C01B31/04GK103159208SQ20111041716
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月14日 優先權日2011年12月14日
發明者周明杰, 袁新生, 王要兵 申請人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術有限公司