[发明专利]一种制备石墨烯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料制备技术领域，具体涉及了一种制备石墨烯的方法。

背景技术

石墨烯是已知材料中最薄的一种，具有非同寻常的导电性、超出钢铁数十倍的强度和极好的透光性，它的出现有望在现代电子科技等领域引发一轮革命。目前制备石墨烯的方法很多，包括机械分离法，取向附生法，化学气相沉积法（CVD），化学氧化还原法等。化学氧化还原法是将天然鳞片石墨在水溶液中氧化剥离，然后加入还原剂脱去氧化石墨烯的氧化官能团从而得到石墨烯。相比其它几种方法，化学氧化还原法具有工艺简单，成本低廉，可以大批量制备等优点。

通过Hummer，Brodie，Staudenmaier等方法可以大规模制备氧化石墨烯。在本发明之前，以前的工作主要是用水合肼及其衍生物做为还原剂去还原氧化石墨烯，但是水合肼及其衍生物具有很强的毒性和挥发性，不能用于大规模的使用，而且还原后的石墨烯会掺杂很多氮原子，影响石墨烯的物理和化学性质。最近两年也有文献报道用硼氢化钠(NaBH₄)，抗坏血酸（VC）等作为还原剂还原氧化石墨烯，但这些反应都需要加热，反应较为剧烈，容易增加石墨烯的缺陷。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明提供了一种在室温下利用化学还原法通过还原氧化石墨烯大量制备石墨烯的方法。

为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：向氧化石墨烯水溶液中加入金属盐溶液，混合均匀后加入NaBH₄，利用还原出来的金属颗粒催化NaBH₄水解释放出具有高还原性的氢原子，然后用游离的氢原子还原氧化石墨烯，最后用稀盐酸洗涤脱去还原出来的金属颗粒从而得到石墨烯。

具体包括以下步骤：

步骤一：将氧化石墨烯分别用稀盐酸和去离子水洗涤提纯多次，得到纯净的氧化石墨烯水溶液，并超声分散一段时间；

步骤二：加入金属盐溶液到氧化石墨烯水溶液中，搅拌混合均匀；

步骤三：加入NaBH₄，搅拌均匀，至反应完成，得到混合溶液；

步骤四：将混合溶液离心一段时间，用稀盐酸洗涤重复多次，再用去离子水洗涤重复多次，60℃真空干燥，得到石墨烯粉末。

    优选的：

步骤一中，所述氧化石墨烯由Hummer法制得，氧化石墨烯的质量浓度为0.05～1mg/ml。

     步骤二中，所述金属盐溶液的摩尔浓度为10^-5 mol/L~10^-3 mol/L。所述的金属盐包括可以溶解于水的含铜、铁、镍、钴的盐类，例如氯化铜、氯化铁、氯化镍、氯化钴，硝酸铜、硝酸铁、硝酸镍、硝酸钴及硫酸铜、硫酸铁、硫酸镍、硫酸钴等。

     步骤四中，是以10000转/分钟的速度将混合溶液离心15分钟，用体积浓度为1%-10%的稀盐酸洗涤重复多次，再用去离子水洗涤重复多次，真空干燥得到石墨烯粉末。

本发明针对目前化学还原法制备石墨烯需要用水合肼等毒性还原剂及反应须在加热条件下进行等缺点，采用NaBH₄作为还原剂在室温条件下还原氧化石墨烯，其优点是：

（1）避免使用了水合肼及其衍生物等具有强毒性和挥发性的化合物作为还原剂，具有环保和安全等特点；

（2）本制备方法可以在室温下进行，适用的环境温度范围为0℃～100℃，反应条件温和，减少了缺陷的产生；

（3）催化NaBH₄水解释放出氢原子来还原氧化石墨烯，避免引入其它杂质原子，提高了石墨烯的纯度。

附图说明

图1是利用本发明的制备方法还原氧化石墨烯的反应示意图。

具体实施方式

实施例1

    (1)水洗、提纯氧化石墨烯：

将10mg氧化石墨烯溶解到10ml水中，超声分散溶解后，在20000转/分钟分别用体积浓度为3%的HCl和去离子水离心洗涤3次，加入去离子水，制得均匀的1mg/ml氧化石墨烯水溶液；

(2)加入CuCl₂溶液：

将100ul的1mM CuCl₂溶液加入到氧化石墨烯水溶液中，搅拌混合均匀。

(3)还原氧化石墨烯：

加入20mgNaBH₄，搅拌混合均匀，反应6小时。

(4)洗涤提纯石墨烯：

在10000转/分钟分别用体积浓度为3%的HCl和去离子水离心洗涤6次，60℃真空干燥，得到石墨烯粉末。