一種一步法制備羧基功能化石墨烯的方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及功能化石墨締的制備方法，特別設及一種一步法制備簇基功能化石墨 締的方法。
【背景技術】
[0002] 石墨締具有理想的2D晶體結構，其單原子厚度使其成為目前世界上最薄的材料。 石墨締特殊的結構蘊含著豐富而新奇的物理現象，使其展現出許多優異性質。石墨締特殊 的力學、電學、光學和熱學等特性使其可W廣泛應用于多個領域，例如石墨締在超級電容 器、電池、生物醫學、萃取、傳感器等領域表現出良好的應用潛力。石墨締自發現至今，人們 在其制備方面取得了很大的進展。目前為止石墨締的制備方法主要有物理方法和化學方法 兩大類，其中物理方法主要有機械剝離法、液相或氣相直接剝離法等，化學方法主要有化學 氣相沉積法、氧化-還原法、晶體外延生長法、電弧放電法，其中氧化-還原法由于其成本較 低、制備工藝簡單易控等特點而成為當前制備石墨締最常用的方法之一。
[0003] 結構完整的石墨締具有較大的芳香共輛結構，大量石墨締片層聚集在一起時，石 墨締片層之間存在較大的范德華力，導致石墨締易團聚、難溶于水和其他常用的有機溶劑， 運將限制其優異性能的發揮W及應用。而功能化石墨締在最大程度地保持石墨締優異性能 的同時，功能化官能團的引入改進其電化學性能及與其他介質的相容性，有效地改善石墨 締易團聚的問題。
[0004] 專利號為CN104445163A的專利公開一種簇基化石墨締的制備方法，該方法先采 用水合阱在85~95°C溫度下冷凝回流對氧化石墨締懸浮液進行還原得到石墨締懸浮液， 然后加入氨基苯基酸與亞硝酸異戊醋的醇溶液和強堿在70~80°C溫度下冷凝回流得到簇 基化石墨締，該方法的缺點在于：制備工藝較復雜，先W石墨為原材料制備氧化石墨締，然 后再還原得到石墨締，最后W石墨締為前驅體制備簇基化石墨締；反應溫度略高；此外，氨 基苯基酸和亞硝酸異戊醋遇高熱、明火易燃且亞硝酸異戊醋燃燒時會放出有毒氣體，存在 安全隱患問題；水合阱和氨基苯基酸都具有毒性，是環境不友好試劑。
【發明內容】
陽0化]本發明的目的在于提出一種一步法制備簇基功能化石墨締的方法，通過一步反應 工藝得到高純度、無團聚的簇基功能化石墨締，避免采用高危險性、環境不友好性原材料， 達到安全和環保的目的。
[0006] 為解決上述問題，本發明提供如下技術方案：
[0007] 一種一步法制備簇基功能化石墨締的方法，包括W下步驟：
[0008] (1)、將球磨滾珠加入到球磨罐中，使球磨滾珠占球磨罐容積的五分之二；
[0009] (2)、將天然鱗片石墨粉加入到球磨罐中，然后通入二氧化碳氣體使得天然鱗片石 墨粉質量與二氧化碳氣體體積比為1: (20~60)g/mU密封球磨罐；
[0010] (3)、將球磨罐固定在高能行星球磨機上，在空氣鼓風及常溫狀態下，W600~ 120化/min的轉速球磨24~4化得到樣品，通過分樣篩將樣品與球磨滾珠分離并轉移到燒 杯中.
[0011] (4)、往燒杯中加入適量的去離子水溶解稀釋，再加入適量的稀鹽酸除去樣品在球 磨過程中混入的鐵，最后將樣品離屯、洗涂至中性并除去雜質；
[0012] 巧）、將樣品冷凍干燥化，冷凍溫度從-30°c線性升到20°C，得到簇基功能化石墨 締粉體。
[0013] 優選的，步驟（2)中天然鱗片石墨粉目數為600目。
[0014] 優選的，步驟（2)中天然鱗片石墨粉質量與二氧化碳氣體體積比為l:60g/血。
[0015] 優選的，步驟（3)中球磨罐W600~12(K)r/min轉速球磨的時間為36h。
[0016] 優選的，步驟巧）中樣品升溫速率為0. 14°C/min。
[0017] 優選的，球磨罐是不誘鋼球磨罐，球磨滾珠是不誘鋼鋼珠，球磨滾珠直徑為5mm。
[0018] 本發明的有益效果：本發明通過簡單的制備工藝得到高純度、無團聚的簇基功能 化石墨締，該簇基功能化石墨締呈片層結構，其表面含有大量簇基官能團。簇基功能化石墨 締不僅具有石墨締本身的優異性能，而且改善石墨締在溶劑中的團聚問題使其具有良好的 分散性。此外，本發明避免采用高危險性、環境不友好性的原材料，安全、環保。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發明制得的簇基功能化石墨締的FT-IR光譜圖；
[0020] 圖2為本發明制得的簇基功能化石墨締的TEM圖；
[0021] 圖3為本發明制得的簇基功能化石墨締的XPS圖。
【具體實施方式】
[0022] W下結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明，但是本發明可W由權利要求限定 和覆蓋的多種不同方式實施。
[0023] 本發明公開一種一步法制備簇基功能化石墨締的方法，包括W下步驟：向IOOmL 的不誘鋼球磨罐中加入直徑為5mm的不誘鋼球磨滾珠，不誘鋼球磨滾珠占不誘鋼球磨罐容 積的五分之二，再將3g規格為600目的天然鱗片石墨粉加入到其中，然后通滿二氧化碳氣 體并密封；將不誘鋼球磨罐固定在高能行星球磨機上，在空氣鼓風及常溫狀態下，W600~ 12(K)r/min的轉速分別球磨24h、36h、4化后制得S組樣品，通過分樣篩將S組樣品與不誘 鋼球磨滾珠分離并轉移到燒杯中，加入適量的去離子水溶解稀釋，再加入適量的稀鹽酸除 去天然鱗片石墨粉在球磨過程中混入的微量鐵，最后將樣品離屯、洗涂至中性并除去雜質， 冷凍干燥化，W0. 14°C/min的升溫速率將冷凍干燥后的樣品從-30°C線性升到20°C，便得 到=組簇基功能化石墨締粉體。
[0024] 取少量簇基功能化石墨締粉體，在70°C真空環境下干燥4h;將此簇基功能化石墨 締粉體溶解在無水乙醇中超聲0.化，獲得均勻的分散液。如圖1所示，通過FT-IR測試得到 =組簇基功能化石墨締的表面化學結構；如圖3所示，通過得到簇基功能化石墨締表面 元素組成及含碳類型分布信息；如圖2所示，通過TEM觀察其呈表面權皺的片層結構。
[00對從圖1可得，天然鱗片石墨粉質量（g)與二氧化碳體積（mL)比是1:60的簇基峰 比1:20明顯增強，球磨3化時與4化時的簇基峰強度幾乎無區別。由此確定天然鱗片石墨 粉質量（g)與二氧化碳體積（血）的最佳比例是1:60,最佳球磨時間是36h。
[0026] 天然鱗片石墨粉質量（g)與二氧化碳體積（mL)比為1:60,球磨3化條件下制備的 簇基功能化石墨締的表面元素組成及含碳類型分布信息可由圖3可知，其數字結果列于表 Io
[0029] 從圖3和表1可W看出，天然鱗片石墨粉質量（g)與二氧化碳體積（mL)比為1:60， 球磨36h時得到的簇基功能化石墨締的簇基官能團的含量達到16. 7%。
【主權項】
1. 一種一步法制備羧基功能化石墨稀的方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 、將球磨滾珠加入到球磨罐中，使球磨滾珠占球磨罐容積的五分之二； (2) 、將天然鱗片石墨粉加入到球磨罐中，然后通入二氧化碳氣體使得天然鱗片石墨粉 質量與二氧化碳氣體體積比為1: (20~60)g/mL，密封球磨罐； (3) 、將球磨罐固定在高能行星球磨機上，在空氣鼓風及常溫狀態下，以600~1200r/ min的轉速球磨24~48h得到樣品，通過分樣篩將樣品與球磨滾珠分離并轉移到燒杯中； (4) 、往燒杯中加入適量的去離子水溶解稀釋，再加入適量的稀鹽酸除去樣品在球磨過 程中混入的微量鐵，最后將樣品離心洗滌至中性并除去雜質； (5) 、將樣品冷凍干燥6h，冷凍溫度從-30°C線性升到20°C，得到羧基功能化石墨烯粉 體。2. 根據權利要求1所述的一步法制備羧基功能化石墨稀的方法，其特征在于，步驟（2) 中天然鱗片石墨粉目數為600目。3. 根據權利要求1所述的一步法制備羧基功能化石墨稀的方法，其特征在于，步驟（2) 中天然鱗片石墨粉質量與二氧化碳氣體體積比為l:60g/mL。4. 根據權利要求1所述的一步法制備羧基功能化石墨稀的方法，其特征在于，步驟（3) 中球磨罐以600~1200r/min轉速球磨的時間為36h。5. 根據權利要求1所述的一步法制備羧基功能化石墨稀的方法，其特征在于，步驟（5) 中樣品升溫速率為〇. 14°C/min。6. 根據權利要求1所述的一步法制備羧基功能化石墨稀的方法，其特征在于，球磨罐 是不銹鋼球磨罐，球磨滾珠是不銹鋼鋼珠，球磨滾珠直徑為5mm。
【專利摘要】本發明公開一種新型的羧基功能化石墨烯的制備方法，具體步驟為：將天然鱗片石墨粉和球磨滾珠加到球磨罐中，通入CO2氣體并密封，然后固定到高能行星球磨機上，在空氣鼓風及常溫下，以600-1200r/min的轉速球磨24-48h后，取出樣品洗滌并除雜，冷凍干燥6h便得到羧基功能化石墨烯，本發明制備的羧基功能化石墨烯不僅具有石墨烯本身的優異性能，而且具有更好的分散性，改善了石墨烯在溶劑中易團聚的問題，本發明操作簡便，不需要制備氧化石墨烯或石墨烯，直接以天然鱗片石墨為前驅體，一步反應便可得到羧基功能化石墨烯；此外本方法的制備溫度低，CO2氣體的使用更環保。
【IPC分類】C01B31/04
【公開號】CN105271188
【申請號】CN201510613444
【發明人】屈楊
【申請人】合肥國軒高科動力能源有限公司
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年9月23日