本發明涉及石墨烯技術領域，特別涉及一種氧化還原制備石墨烯的方法。
背景技術：
石墨烯是一種由碳原子以SP2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原子厚度的二維材料。厚度在1-10層的石墨納米晶體稱為石墨烯，根據碳原子層數的多少，或者石墨烯的厚度，分為單層石墨烯(Single-layer graphene)、雙層石墨烯(Double-layer graphene)以及多層石墨烯(Few-layer graphene)，當厚度10層以上時，其性能與常規的石墨材料基本無差異。單層石墨烯的理論比表面積為2650m2/g，導熱系數高達5300W/m·K，室溫下電子遷移率高達15000cm2/V·S。與富勒烯、碳納米管相比，石墨烯被認為是最有前景的碳材料，其原料石墨的來源豐富，自身具有電學、力學、熱學和光學等方面優異的性能，在超級電容器、鋰離子電池、液晶裝置、晶體管和傳感器等領域有著諸多潛在應用。
目前，制備石墨烯的方法主要有機械剝離法、化學氣相沉積法、外延生長法、電化學方法、電弧法、有機合成法和氧化石墨還原法等。其中，氧化石墨還原法制備的石墨烯為獨立的單層石墨烯片，且成本低、產量高、可批量生產、易于化學修飾，是實現石墨烯大規模生產的最佳途徑。但是氧化石墨還原法制備的石墨烯也存在一定缺陷:經過強氧化劑氧化過的石墨并不一定能夠完全還原,導致其一些物理、化學等性能損失,尤其是導電性；且現有技術中氧化石墨烯的還原方法主要包括水合肼還原、高溫熱還原等，這些方法有高毒性，高污染，高能耗，制備周期長，還原效果差等缺點。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種氧化還原制備石墨烯的方法，改善因還原不完全造成導電性等性能損失的情況，并且減小環境污染降低能耗成本。
為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：一種氧化還原制備石墨烯的方法，包括以下步驟：
(1)石墨氧化剝離制備氧化石墨烯；
(2)將所述氧化石墨烯加入到鹵化物的水溶液中反應；
(3)將(2)所得溶液形成電解液，以金屬作為陰極，以惰性電極作為陽極，在電壓為1V～1.5V的條件下，電解所述電解液0.5小時～1.5小時，在所述陰極的表面得到石墨烯。
優選地，所述鹵化物包括中性的易溶于水的鹵化物中的一種或者中性的易溶于水的幾種鹵化物的混合物。
優選地，所述中性的易溶于水的鹵化物包括氯化鈉、氯化鉀。
優選地，所述鹵化物包括氫鹵酸中的一種或者幾種氫鹵酸的混合物。
優選地，所述氫鹵酸包括氫氯酸、氫溴酸、氫碘酸。
優選地，將所述氧化石墨烯加入到鹵化物的水溶液之前先加入水中分散，再將氧化石墨烯的水分散液加入到鹵化物的水溶液中反應。
優選地，將所述氧化石墨烯加入到鹵化物的水溶液之前在鹵化物溶液中加入可溶解鹵素單質的有機溶劑。
優選地，將所述氧化石墨烯加入到鹵化物的水溶液中反應溫度范圍20℃～120℃，反應時間0.5小時～6小時。
優選地，作為陰極的所述金屬包括鋁、鋅、鐵。
與現有技術相對，本發明有益效果：
將所述氧化石墨烯加入到鹵化物的水溶液中反應，鹵化物可以有效實現環氧官能團的開環，使其轉化為羥基基團，同時鹵化物中鹵素原子可以取代羥基基團，從而得到鹵化的石墨烯，鹵化的石墨烯在電解池通電后，在陰極被還原得到石墨烯，同時鹵素原子和石墨烯平面上的碳之間相互作用力小，在溶液環境中，附著在石墨烯平面上的鹵素原子也會自發地從石墨烯表面消去，因此本發明能更完全的還原氧化石墨烯，制備的石墨烯導電性能良好，同時本發明還原反應能耗低，對環境污染小，且簡單易行，獲得石墨烯材料質量高。
具體實施方式
下面主要結合具體實施例對石墨烯的制備方法作進一步詳細的說明。實施例1
(1)稱取純度為99.5％的石墨5g加入由475ml濃硫酸(質量分數為98％)和120ml濃硝酸(質量分數為65％)組成的混合溶液中，將混合物置于冰水混合浴環境下進行攪拌20分鐘，再慢慢地往混合物中加入20g高錳酸鉀，攪拌1小時，接著將混合物加熱至85℃并保持30分鐘，之后加入92ml去離子水繼續在85℃下保持30分鐘，最后加入30ml過氧化氫溶液(質量分數30％)，攪拌10分鐘，對混合物進行抽濾，再依次分別用300ml稀鹽酸和450ml去離子水對固體物進行洗滌，共洗滌三次，最后固體物質在60℃真空烘箱中干燥12小時得到氧化石墨；
將制備的氧化石墨加入去離子水中，氧化石墨在水中的溶度為0.5mg/ml，對氧化石墨和水的混合物進行超聲，超聲功率為800W，2小時后對混合物進行抽濾，將固體物質置于60℃的真空烘箱中烘12小時，得到氧化石墨烯；
(2)將制得的氧化石墨烯加入到濃度30％的氫溴酸溶液中，反應溫度80℃，反應時間4小時。
(3)所得溶液形成電解液，以鋁作為陰極，以石墨作為陽極，在電壓為1V的條件下，電解所述電解液1.5小時，停止施加電壓，鋁片表面獲得大量的黑色物質，用去離子水洗滌黑色物質，并置于70℃的真空烘箱中烘10小時，得到石墨烯。
本實施例所得石墨烯電導率1700S/m。
實施例2
(1)稱取純度為99.5％的石墨5g加入由475ml濃硫酸(質量分數為98％)和120ml濃硝酸(質量分數為65％)組成的混合溶液中，將混合物置于冰水混合浴環境下進行攪拌20分鐘，再慢慢地往混合物中加入20g高錳酸鉀，攪拌1小時，接著將混合物加熱至85℃并保持30分鐘，之后加入92ml去離子水繼續在85℃下保持30分鐘，最后加入30ml過氧化氫溶液(質量分數30％)，攪拌10分鐘，對混合物進行抽濾，再依次分別用300ml稀鹽酸和450ml去離子水對固體物進行洗滌，共洗滌三次，最后固體物質在60℃真空烘箱中干燥12小時得到氧化石墨；
將制備的氧化石墨加入去離子水中，氧化石墨在水中的溶度為0.5mg/ml，對氧化石墨和水的混合物進行超聲，超聲功率為800W，2小時后對混合物進行抽濾，將固體物質置于60℃的真空烘箱中烘12小時，得到氧化石墨烯；
(2)將制得的氧化石墨烯加入水中分散，氧化石墨烯表面含豐富的氧官團，易分散于水，氧化石墨烯可更充分的被還原，到濃度40％的氫溴酸溶液中，反應溫度范圍100℃，反應時間1小時。
(3)所得溶液形成電解液，以鋅作為陰極，以石墨作為陽極，在電壓為1.5V的條件下，電解所述電解液1小時，停止施加電壓，鋁片表面獲得大量的黑色物質，用去離子水洗滌黑色物質，并置于70℃的真空烘箱中烘10小時，得到石墨烯。
本實施例所得石墨烯電導率2000S/m。
實施例3
(1)稱取純度為99.5％的石墨5g加入由475ml濃硫酸(質量分數為98％)和120ml濃硝酸(質量分數為65％)組成的混合溶液中，將混合物置于冰水混合浴環境下進行攪拌20分鐘，再慢慢地往混合物中加入20g高錳酸鉀，攪拌1小時，接著將混合物加熱至85℃并保持30分鐘，之后加入92ml去離子水繼續在85℃下保持30分鐘，最后加入30ml過氧化氫溶液(質量分數30％)，攪拌10分鐘，對混合物進行抽濾，再依次分別用300ml稀鹽酸和450ml去離子水對固體物進行洗滌，共洗滌三次，最后固體物質在60℃真空烘箱中干燥12小時得到氧化石墨；
將制備的氧化石墨加入去離子水中，氧化石墨在水中的溶度為0.5mg/ml，對氧化石墨和水的混合物進行超聲，超聲功率為800W，2小時后對混合物進行抽濾，將固體物質置于60℃的真空烘箱中烘12小時，得到氧化石墨烯；
(2)將制得的氧化石墨烯加入到濃度1mol/L的氯化鈉溶液中反應溫度范圍100℃，反應時間5小時，氯化鈉溶液中加入等容積的無水乙醇，使得最后產生的鹵素單質快速溶于該有機溶劑中，一定程度上防止有毒的鹵素單質揮發到空氣中。
(3)所得溶液形成電解液，以鋁作為陰極，以石墨作為陽極，在電壓為1.5V的條件下，電解所述電解液0.5小時，停止施加電壓，鋁片表面獲得大量的黑色物質，用去離子水洗滌黑色物質，并置于70℃的真空烘箱中烘10小時，得到石墨烯。
本實施例所得石墨烯電導率1550S/m。