一种导电性石墨烯及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种导电性石墨烯及其制备方法，所述导电石墨烯的制备方法如下：S1、将强氧化剂和双氧水与石墨混合，加热到60‑80℃反应3‑5小时，再超声反应30‑50min；S2、加入硼氢化盐和碱反应2‑4小时，离心机离心分离，用无水乙醇洗涤3‑4次，然后于80‑100℃烘干得到石墨烯。本发明专利技术所述制备方法快速简便，可大大减少石墨烯的生产成本以及提高生产效率，且制备得到的石墨烯方阻值低于145mΩ/□。

【技术实现步骤摘要】
一种导电性石墨烯及其制备方法
本专利技术涉及导电新材料领域，具体地，本专利技术涉及一种导电性石墨烯及其制备方法。
技术介绍
石墨烯是一种单原子层厚度的二维sp2杂化碳材料，是碳的其它维数的同素异形体的基本构造单元。受其特殊结构的影响，石墨烯拥有一系列优异的物化特性：高断裂强度（125GPa）；高速载流子迁移率（2×105cm2V-1s-1）和热导率（5000Wm-1K-1）；超大比表面积（2630m2/g）。这些突出的特征使得石墨烯可以适用多种实际应用场合，其中，利用石墨烯作为导电材料、电极材料已成为清洁能源领域的研究焦点。目前，国内外大量专利和文献报道的以石墨为原料制备石墨烯的方法主要有微机械剥离法、SiC热解外延生长法、化学气相沉积法、化学氧化还原法等，其中，化学氧化还原法适合于石墨烯的大批量制备，且中间产物氧化石墨烯在水中的分散性较好，易于实现对石墨烯的改性及功能化，因此该方法常被用于复合材料、储能材料等研究中。然而，大部分专利或文献中公开的化学氧化还原法制备石墨烯用到了水合肼，水合肼虽具有强的还原性，但其同时具有强的毒性和致癌性，不利于环保，而且用水合肼氧化石墨时，在超声过程中部分碳原子的缺失以及还原过程中含氧官能团的残留往往使得制得的石墨烯含有较多的缺陷，使其导电性降低，进而限制了其在对石墨烯质量要求较高的领域（如触摸屏导电行业，OLED电极导电行业，透明导电行业）中的应用。也有少量专利公开了用硼氢化盐作为还原剂制备石墨烯的方法，但现有的制备方法其过程依然较为繁琐且耗时久，此外所制备出的石墨烯的导电性依然不佳，难以满足触摸屏导电行业、OLED电极导电行业、透明导电行业等领域的要求。
技术实现思路
基于此，本专利技术在于克服现有技术的缺陷，提供一种导电性石墨烯的制备方法，所述制备方法是在环保型水溶性体系中制备，毒性小，且制备工艺快速简便，大大减少了石墨烯的生产成本并提高了生产效率。本专利技术的另一目的在于提供一种导电性良好的石墨烯，其方阻值低于145mΩ/□。本专利技术的技术方案如下：一种石墨烯的制备方法，所述制备方法操作简单，周期大大缩短，生产效率高，所述制备方法具体包括如下步骤：S1、将强氧化剂和双氧水与石墨混合，加热到60-80℃反应3-5小时，再超声反应30-50min；S2、加入硼氢化盐和碱反应2-4小时，离心机离心分离，用无水乙醇洗涤3-4次，然后于80-100℃烘干得到石墨烯；其中，所述强氧化剂、双氧水、石墨的质量比为：（10-20）:（2-5）:（1-3），所述石墨与硼氢化盐的摩尔比为100:（32-72），所述石墨与碱的摩尔比为100：（16-32）。本专利技术通过化学氧化还原法并控制石墨与强氧化剂、双氧水、硼氢化盐、碱的配比实现了石墨烯的制备。该制备过程中中间产物氧化石墨烯在水中的分散性较好，易于实现对石墨烯的改性及功能化；采用超声的方法使得碳原子不易缺失；采用硼氢化盐作为还原剂减少了含氧官能团残留，从而使制得的石墨烯含有较多的导电基团；制备过程中碱的存在还进一步减少了还原过程中含氧官能团的残留，进一步改善了石墨烯的导电性能。本专利技术所述制备方法快速简便，可大大减少石墨烯的生产成本以及提高生产效率，适用于工业化生产石墨烯。在其中一个实施例中，所述强氧化剂为98%的浓硫酸、98%浓硝酸、高氯酸中的至少一种。在其中一个实施例中，所述硼氢化盐为NaBH4、KBH4、LiBH4中的至少一种。在其中一个实施例中，所述硼氢化盐为NaBH4和KBH4的混合物。在实验过程中，专利技术人发现，当采用NaBH4和KBH4的混合物作为还原剂时，可进一步提高所制备的石墨烯的导电性能。在其中一个实施例中，所述NaBH4和KBH4的摩尔比为1:3。当NaBH4和KBH4按摩尔比为1:3作为复合还原剂时，石墨烯的导电性能还可进一步提高。在其中一个实施例中，所述碱为NaOH，KOH、氨水中的至少一种。在其中一个实施例中，所述石墨与硼氢化盐、碱的摩尔比为10048:36。专利技术人通过实验发现，石墨与硼氢化盐、碱的摩尔比为100:48:36时，石墨烯的导电性能进一步得到提升。在其中一个实施例中，所述离心机离心分离为控制离心机转速为10000-15000转/分钟，离心分离10-15min。本专利技术还公开了所述制备方法制备得到的导电性石墨烯，所述导电石墨烯的方阻值低于145mΩ/□。在其中一个实施例中，所述导电石墨烯的方阻值不超过100mΩ/□。本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过化学氧化还原法制备石墨烯，采用硼氢化盐作为还原剂，安全无毒，健康环保，且可减少还原过程中含氧官能团残留；还原过程中采用碱，能进一步减少含氧官能团的残留，使得石墨烯含有较多的导电基团，导电性能优异；本专利技术所述制备方法快速简便，可大大减少石墨烯的生产成本以及提高生产效率，适用于工业化生产石墨烯。附图说明图1为实施例所述石墨烯的透射电子显微镜图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本专利技术进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本专利技术，并不限定本专利技术的保护范围。以下实施例所用原料均为普通市售产品。实施例1一种导电性石墨烯，其制备过程如下：S1、将20g浓硫酸和5g双氧水与2g石墨混合，加热到60℃反应5小时，再超声反应30min；S2、加入100ml浓度为1mol/L的硼氢化钠和40ml浓度为1mol/L的氢氧化钠反应4小时，控制离心机转速为15000转/分钟，离心分离10min，用无水乙醇洗涤3次，然后于80℃烘干得到石墨烯。实施例2一种导电性石墨烯，其制备过程如下：S1、将10g质量浓度为98%的浓硝酸和5g双氧水与1g石墨混合，加热到80℃反应5小时，再超声反应50min；S2、加入60ml浓度为1mol/L的硼氢化钠和20ml浓度为1mol/L的氢氧化钠反应2小时，控制离心机转速为15000转/分钟，离心分离10min，用无水乙醇洗涤3次，然后于100℃烘干得到石墨烯。实施例3一种导电性石墨烯，其制备方法过程如下：S1、将10g浓硫酸和2g双氧水与2g石墨混合，加热到80℃反应3小时，再超声反应50min；S2、加入70ml浓度为1mol/L的硼氢化钾和40ml浓度为1mol/L的氢氧化钾反应3小时，控制离心机转速为10000转/分钟，离心分离15min，用无水乙醇洗涤4次，然后于80℃烘干得到石墨烯。实施例4一种导电性石墨烯，其制备方法过程如下：S1、将12g高氯酸和3g双氧水与3g石墨混合，加热到80℃反应4小时，再超声反应40min；S2、加入80ml浓度为1mol/L的硼氢化锂和40ml浓度为1mol/L的氨水反应3小时，控制离心机转速为12000转/分钟，离心分离15min，用无水乙醇洗涤3次，然后于100℃烘干得到石墨烯。实施例5一种导电性石墨烯，其制备方法过程如下：S1、将15g硼氢化钾和3g双氧水与2g石墨混合，加热到80℃反应4小时，再超声反应50min；S2、加入80ml浓度为1mol/L的硼氢化钠和20ml浓度为1mol/L的氢氧化钾反应3小时，控制离心机转速为13000转/分钟，离心分离12min，用无水乙醇洗涤4次，然后于100℃烘干得到石墨烯。实施例6一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将强氧化剂和双氧水与石墨混合，加热到60‑80℃反应3‑5小时，再超声反应30‑50min；S2、加入硼氢化盐和碱反应2‑4小时，离心机离心分离，用无水乙醇洗涤3‑4次，然后于80‑100℃烘干得到石墨烯；其中，所述强氧化剂、双氧水、石墨的质量比为：（10‑20）:（2‑5）:（1‑3），所述石墨与硼氢化盐的摩尔比为100:（32‑72），所述石墨与碱的摩尔比为100：（16‑32）。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将强氧化剂和双氧水与石墨混合，加热到60-80℃反应3-5小时，再超声反应30-50min；S2、加入硼氢化盐和碱反应2-4小时，离心机离心分离，用无水乙醇洗涤3-4次，然后于80-100℃烘干得到石墨烯；其中，所述强氧化剂、双氧水、石墨的质量比为：（10-20）:（2-5）:（1-3），所述石墨与硼氢化盐的摩尔比为100:（32-72），所述石墨与碱的摩尔比为100：（16-32）。2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述强氧化剂为98%的浓硫酸、98%浓硝酸、高氯酸中的至少一种。3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述硼氢化盐为NaBH4、KBH4、LiBH4中的至少一种。4.根据权利要求3所述制...

【专利技术属性】
技术研发人员：何明辉，崔艳艳，
申请(专利权)人：广州纽楷美新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44