【技术实现步骤摘要】
本申请涉及一种电化学阴极剥离制备石墨烯纳米片的方法及石墨烯纳米片的应用，属于石墨烯材料的可控制备。
技术介绍
1、少层高质量石墨烯(少于10层)具有很高的导电性、化学和热力学稳定性、优良的电学性能等物理化学性质，使其在诸如微/纳米电子学、储能、催化等新兴应用中具有很强的应用潜力。在各种合成石墨烯的方法中，电化学剥离法是一种相对快速、简单、高通量的插层辅助剥离方法。阳极剥离石墨烯已被广泛报道，但已知会引起氧化或其它掺杂反应，从而使石墨烯表面产生缺陷。
2、石墨烯阴极剥离方式(特别是水溶液体系中)制备的石墨烯表面基本不发生氧化反应，是一种优越的制备高质量石墨烯的方法。现存的电化学阴极剥离制备石墨烯的工艺，存在一个普遍的工艺问题是未剥离充分的石墨微片很容易从石墨电极上脱落，由于失去电接触导致电化学插层剥离反应的停止，从而导致石墨烯剥离产率处于一个较低的水平。利用石蜡将石墨电极包覆受限空间内，使剥落的石墨微片保持电接触而持续剥离，是一个实用的方法(acs appl mater interfaces,2017,39,34456)。但是该文献报道的方法用于阳极电化学剥离，石蜡质脆无法长时间承受电化学剥离产生的膨胀压力。
技术实现思路
1、本专利提出一种受限空间内电化学阴极剥离制备石墨烯纳米片的方法，使用一种导电圆柱管形成受限空间，通过电化学阴极剥离石墨的方法，一步合成石墨烯纳米片。
2、本专利技术的目的是克服石墨微片从电极上剥离侯失去电接触导致剥离不充分的问题。本专利技
3、本申请的一个方面，提供了一种水溶液中进行电化学阴极剥离制备石墨烯纳米片的方法，该方法制备的石墨烯纳米片展现了优异的化学性能，可广泛应用于超级电容器、电池、导电油墨等领域。
4、所述电化学阴极剥离制备石墨烯纳米片的方法，包括以下步骤：
5、将石墨粉置于一端封闭的导电圆柱管内，作为电化学阴极；以导电材料作为电化学阳极；其中，所述石墨粉与所述导电圆柱管电连接；
6、将电解液与所述电化学阳极和所述电化学阴极构成电化学回路，其中，电解液包括含有大阳离子的可溶性盐的溶液和/或含有大阳离子的碱的溶液；
7、在电化学阴极和电化学阳极之间施加槽电压，电化学剥离石墨，获得所述石墨烯纳米片。
8、本申请中，以含有大阳离子的可溶性盐或碱为剥离用电解液。石墨作为原料放置在导电圆柱管内部，并通过电极夹与圆管充分接触，而共同构成阴极；一种导电材料作为对电极连接直流电源的正极。施加合适的槽电压进行电化学剥离，从石墨电极中剥落出来的石墨烯或石墨微片在圆柱形管内逐渐增多聚集，搭建新的导电网络保证电化学剥离反应的继续进行。剥离产物经洗涤、超声分散得到石墨烯浆料，再经干燥得到石墨烯粉体
9、其中，可溶性盐或碱性电解液是指任何浓度的对阳极和导电圆管电化学惰性的盐或碱。使用的盐或碱的阳离子体积要足够大，以破坏范德瓦尔在石墨层间的作用力，或者伴随石墨层间气体析出反应。
10、使用的圆管是开口的，可以由导电材料构成，也可以通过在非导电管内表面涂敷导电材料来实现，也可以是通过在非导电管内表面贴敷导电箔来实现。
11、可选地，所述石墨粉选自天然鳞片石墨粉、人造石墨粉、微晶石墨粉中的至少一种。
12、可选地，所述导电材料选自石墨、铂、金、银、镍、铝、玻碳中的至少一种。所述导电材料为在使用的电解质中不发生电化学腐蚀反应的材料。
13、可选地，所述大阳离子的可溶性盐选自硫酸钠、六氟磷酸钾、四氟硼酸钠中的至少一种；
14、所述大阳离子的碱选自氢氧化钾、四乙基氢氧化铵，四丁基氢氧化铵中的至少一种。
15、可选地，所述电解液中，大阳离子的可溶性盐或大阳离子的碱的浓度为0.01mol/l～15mol/。
16、可选地，所述电解液中，大阳离子的可溶性盐或大阳离子的碱的浓度为1mol/l～10mol/l。
17、可选地，所述电解液中，大阳离子的可溶性盐或大阳离子的碱的浓度独立地选自0.01mol/l、0.1mol/l、0.5mol/l、1mol/l、5mol/l、7mol/l、10mol/l、12mol/l、15mol/l中的任意值或上述任意两点间的任意范围值。
18、可选地，所述电化学剥离的反应温度为1～100℃。
19、可选地，所述电化学剥离的反应时间为1min～24h。
20、可选地，所述电化学剥离的反应温度为5～50℃。
21、可选地，所述电化学剥离的反应温度独立地选自1℃、10℃、30℃、50℃、80℃、100℃中的任意值或上述任意两点间的任意范围值。
22、可选地，所述电化学剥离的反应时间独立地选自1min、10min、30min、45min、1h、6h、12h、18h、24h中的任意值或上述任意两点间的任意范围值。
23、可选地，所述槽电压为2～30v。
24、可选地，所述槽电压独立地选自2v、6v、8v、10v、15v、20v、25v、30v中的任意值或上述任意两点间的任意范围值。
25、可选地，所述方法还包括：
26、电化学剥离石墨后，剥离产物经洗涤、超声分散得到石墨烯浆料，再经干燥后得到所述石墨烯纳米片。
27、可选地，所述洗涤的方法为真空抽滤或离心洗涤。
28、可选地，所述干燥的方法为自然干燥、加热干燥、真空干燥、冷冻干燥中的至少一种。
29、可选地，所述石墨烯纳米片的片径为0.5～20μm。
30、可选地，所述石墨烯纳米片的表面氧元素的含量为<6at％。
31、可选地，所述超声分散的溶剂选自二甲基甲酰胺、n-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基亚砜中的至少一种。
32、可选地，所述超声分散的时间为5～12h。
33、本申请中，通过在导电圆柱管中电化学阴极剥离制备石墨烯的方法，通过以下步骤实现：石墨材料放置在导电金属管内部作为阴极，导电材料作为阳极，在水或有机电解液介质中施加一定的电压。石墨因电化学插层而膨胀开始填充管，管内区域形成二次电极进行再剥离。反应继续进行，优化了反应时间。将膨胀和剥离的石墨收集并彻底清洗以去除溶剂残留。这进一步用温和超声分散在有机溶剂中。所述步骤中的电解液为可实现石墨电化学剥离的任意电解液。
34、本申请的另一个方面，提供一种上述方法制备获得的石墨烯纳米片在超级电容器、电池、导电油墨中的应用。
35、本申请能产生的有益效果包括：
36、(1)本专利技术的制备方法避免了传统电化学阴极剥离工艺中剥离不充分的石墨微片易从电极上脱落而停止剥离的缺点；是一种设备简单，操作方便，条件温和，重复性好，成本低廉且工艺易于放大的石墨烯纳米片的制备方法。本专利技术制得的产品质量高，性能好，应用范围广泛。
37、(2)本专利技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电化学阴极剥离制备石墨烯纳米片的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
10.一种权利要求1～9任一项所述的方法制备获得的石墨烯纳米片在超级电容器、电池、导电油墨中的应用。
【技术特征摘要】
1.一种电化学阴极剥离制备石墨烯纳米片的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
6.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴忠帅，D·普拉蒂克，周锋，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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