一种一步法制备羧基功能化石墨烯的方法技术

本发明专利技术公开一种新型的羧基功能化石墨烯的制备方法，具体步骤为：将天然鳞片石墨粉和球磨滚珠加到球磨罐中，通入CO2气体并密封，然后固定到高能行星球磨机上，在空气鼓风及常温下，以600-1200r/min的转速球磨24-48h后，取出样品洗涤并除杂，冷冻干燥6h便得到羧基功能化石墨烯，本发明专利技术制备的羧基功能化石墨烯不仅具有石墨烯本身的优异性能，而且具有更好的分散性，改善了石墨烯在溶剂中易团聚的问题，本发明专利技术操作简便，不需要制备氧化石墨烯或石墨烯，直接以天然鳞片石墨为前驱体，一步反应便可得到羧基功能化石墨烯；此外本方法的制备温度低，CO2气体的使用更环保。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设及功能化石墨締的制备方法，特别设及一种一步法制备簇基功能化石墨 締的方法。
技术介绍
石墨締具有理想的2D晶体结构，其单原子厚度使其成为目前世界上最薄的材料。 石墨締特殊的结构蕴含着丰富而新奇的物理现象，使其展现出许多优异性质。石墨締特殊 的力学、电学、光学和热学等特性使其可W广泛应用于多个领域，例如石墨締在超级电容 器、电池、生物医学、萃取、传感器等领域表现出良好的应用潜力。石墨締自发现至今，人们 在其制备方面取得了很大的进展。目前为止石墨締的制备方法主要有物理方法和化学方法 两大类，其中物理方法主要有机械剥离法、液相或气相直接剥离法等，化学方法主要有化学 气相沉积法、氧化-还原法、晶体外延生长法、电弧放电法，其中氧化-还原法由于其成本较 低、制备工艺简单易控等特点而成为当前制备石墨締最常用的方法之一。 结构完整的石墨締具有较大的芳香共辆结构，大量石墨締片层聚集在一起时，石 墨締片层之间存在较大的范德华力，导致石墨締易团聚、难溶于水和其他常用的有机溶剂， 运将限制其优异性能的发挥W及应用。而功能化石墨締在最大程度地保持石墨締优异性能 的同时，功能化官能团的引入改进其电化学性能及与其他介质的相容性，有效地改善石墨 締易团聚的问题。 专利号为CN104445163A的专利公开一种簇基化石墨締的制备方法，该方法先采 用水合阱在85~95°C溫度下冷凝回流对氧化石墨締悬浮液进行还原得到石墨締悬浮液， 然后加入氨基苯基酸与亚硝酸异戊醋的醇溶液和强碱在70~80°C溫度下冷凝回流得到簇 基化石墨締，该方法的缺点在于：制备工艺较复杂，先W石墨为原材料制备氧化石墨締，然 后再还原得到石墨締，最后W石墨締为前驱体制备簇基化石墨締；反应溫度略高；此外，氨 基苯基酸和亚硝酸异戊醋遇高热、明火易燃且亚硝酸异戊醋燃烧时会放出有毒气体，存在 安全隐患问题；水合阱和氨基苯基酸都具有毒性，是环境不友好试剂。
技术实现思路
阳0化]本专利技术的目的在于提出一种一步法制备簇基功能化石墨締的方法，通过一步反应 工艺得到高纯度、无团聚的簇基功能化石墨締，避免采用高危险性、环境不友好性原材料， 达到安全和环保的目的。 为解决上述问题，本专利技术提供如下技术方案： 一种一步法制备簇基功能化石墨締的方法，包括W下步骤： (1)、将球磨滚珠加入到球磨罐中，使球磨滚珠占球磨罐容积的五分之二； (2)、将天然鱗片石墨粉加入到球磨罐中，然后通入二氧化碳气体使得天然鱗片石 墨粉质量与二氧化碳气体体积比为1: (20~60)g/mU密封球磨罐； (3)、将球磨罐固定在高能行星球磨机上，在空气鼓风及常溫状态下，W600~ 120化/min的转速球磨24~4化得到样品，通过分样筛将样品与球磨滚珠分离并转移到烧 杯中. (4)、往烧杯中加入适量的去离子水溶解稀释，再加入适量的稀盐酸除去样品在球 磨过程中混入的铁，最后将样品离屯、洗涂至中性并除去杂质； 巧）、将样品冷冻干燥化，冷冻溫度从-30°c线性升到20°C，得到簇基功能化石墨 締粉体。 优选的，步骤（2)中天然鱗片石墨粉目数为600目。 优选的，步骤（2)中天然鱗片石墨粉质量与二氧化碳气体体积比为l:60g/血。 优选的，步骤（3)中球磨罐W600~12(K)r/min转速球磨的时间为36h。 优选的，步骤巧）中样品升溫速率为0. 14°C/min。 优选的，球磨罐是不诱钢球磨罐，球磨滚珠是不诱钢钢珠，球磨滚珠直径为5mm。 本专利技术的有益效果：本专利技术通过简单的制备工艺得到高纯度、无团聚的簇基功能 化石墨締，该簇基功能化石墨締呈片层结构，其表面含有大量簇基官能团。簇基功能化石墨 締不仅具有石墨締本身的优异性能，而且改善石墨締在溶剂中的团聚问题使其具有良好的 分散性。此外，本专利技术避免采用高危险性、环境不友好性的原材料，安全、环保。【附图说明】 图1为本专利技术制得的簇基功能化石墨締的FT-IR光谱图； 图2为本专利技术制得的簇基功能化石墨締的TEM图； 图3为本专利技术制得的簇基功能化石墨締的XPS图。【具体实施方式】 W下结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可W由权利要求限定 和覆盖的多种不同方式实施。 本专利技术公开一种一步法制备簇基功能化石墨締的方法，包括W下步骤：向IOOmL 的不诱钢球磨罐中加入直径为5mm的不诱钢球磨滚珠，不诱钢球磨滚珠占不诱钢球磨罐容 积的五分之二，再将3g规格为600目的天然鱗片石墨粉加入到其中，然后通满二氧化碳气 体并密封；将不诱钢球磨罐固定在高能行星球磨机上，在空气鼓风及常溫状态下，W600~ 12(K)r/min的转速分别球磨24h、36h、4化后制得S组样品，通过分样筛将S组样品与不诱 钢球磨滚珠分离并转移到烧杯中，加入适量的去离子水溶解稀释，再加入适量的稀盐酸除 去天然鱗片石墨粉在球磨过程中混入的微量铁，最后将样品离屯、洗涂至中性并除去杂质， 冷冻干燥化，W0. 14°C/min的升溫速率将冷冻干燥后的样品从-30°C线性升到20°C，便得 到=组簇基功能化石墨締粉体。 取少量簇基功能化石墨締粉体，在70°C真空环境下干燥4h;将此簇基功能化石墨 締粉体溶解在无水乙醇中超声0.化，获得均匀的分散液。如图1所示，通过FT-IR测试得到 =组簇基功能化石墨締的表面化学结构；如图3所示，通过得到簇基功能化石墨締表面 元素组成及含碳类型分布信息；如图2所示，通过TEM观察其呈表面權皱的片层结构。[00对从图1可得，天然鱗片石墨粉质量（g)与二氧化碳体积（mL)比是1:60的簇基峰 比1:20明显增强，球磨3化时与4化时的簇基峰强度几乎无区别。由此确定天然鱗片石墨 粉质量（g)与二氧化碳体积（血）的最佳比例是1:60,最佳球磨时间是36h。 天然鱗片石墨粉质量（g)与二氧化碳体积（mL)比为1:60,球磨3化条件下制备的 簇基功能化石墨締的表面元素组成及含碳类型分布信息可由图3可知，其数字结果列于表 Io 从图3和表1可W看出，天然鱗片石墨粉质量（g)与二氧化碳体积（mL)比为1:60， 球磨36h时得到的簇基功能化石墨締的簇基官能团的含量达到16. 7%。【主权项】1. 一种一步法制备羧基功能化石墨稀的方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 、将球磨滚珠加入到球磨罐中，使球磨滚珠占球磨罐容积的五分之二； (2) 、将天然鳞片石墨粉加入到球磨罐中，然后通入二氧化碳气体使得天然鳞片石墨粉 质量与二氧化碳气体体积比为1: (20~60)g/mL，密封球磨罐； (3) 、将球磨罐固定在高能行星球磨机上，在空气鼓风及常温状态下，以600~1200r/ min的转速球磨24~48h得到样品，通过分样筛将样品与球磨滚珠分离并转移到烧杯中； (4) 、往烧杯中加入适量的去离子水溶解稀释，再加入适量的稀盐酸除去样品在球磨过 程中混入的微量铁，最后将样品离心洗涤至中性并除去杂质； (5) 、将样品冷冻干燥6h，冷冻温度从-30°C线性升到20°C，得到羧基功能化石墨烯粉 体。2. 根据权利要求1所述的一步法制备羧基功能化石墨稀的方法，其特征在于，步骤（2) 中天然鳞片石墨粉目数为600目。3. 根据权利要求1所述的一步法制备羧基功能化石墨稀的方法，其特征在于，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种一步法制备羧基功能化石墨烯的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、将球磨滚珠加入到球磨罐中，使球磨滚珠占球磨罐容积的五分之二；(2)、将天然鳞片石墨粉加入到球磨罐中，然后通入二氧化碳气体使得天然鳞片石墨粉质量与二氧化碳气体体积比为1:(20～60)g/mL，密封球磨罐；(3)、将球磨罐固定在高能行星球磨机上，在空气鼓风及常温状态下，以600～1200r/min的转速球磨24～48h得到样品，通过分样筛将样品与球磨滚珠分离并转移到烧杯中；(4)、往烧杯中加入适量的去离子水溶解稀释，再加入适量的稀盐酸除去样品在球磨过程中混入的微量铁，最后将样品离心洗涤至中性并除去杂质；(5)、将样品冷冻干燥6h，冷冻温度从‑30℃线性升到20℃，得到羧基功能化石墨烯粉体。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：屈杨，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34