本发明专利技术涉及一种制备还原石墨烯的方法，所述方法是在氨存在的条件下，用锌单质对氧化石墨烯还原，制备得到石墨烯。所述方法对温度不敏感，在常温、高温或低温条件下均可进行；所述方法可以较好地除去氧化石墨烯中的含氧官能团，同时修复石墨烯中的结构缺陷，制得高质量的石墨烯；所述方法避免了使用大量有毒化学试剂，同时可在室温下进行反应，节约能源，是一种对环境污染小，能够适用于各种方法制备的氧化石墨烯水溶液和氧化石墨烯薄膜的还原。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及石墨烯材料的制备
，具体地涉及一种电化学还原氧化石墨烯制备高质量石墨烯的工艺。
技术介绍
石墨烯(Graphene)是一种有sp2杂化碳原子组成的六角型呈蜂巢状的二维纳米材料。与昂贵的富勒烯和碳纳米管相比，氧化石墨烯(GO,Graphene Oxide)价格低廉,原料易得。有望作为超级纳米材料广泛应用于电子、光电、电容器和传感器。石墨烯是目前最坚硬的纳米材料，其拉伸模量能够达到I. OlTPa，极限强度能够达到116GPa。石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2. 3%的光，并具有优异的导电性，导热性和力学性能。石墨烯还具有特殊的电磁特性，例如，高电子迁移率(室温下oh>15，OOOcm2W1iT1); 不会消失的导电率，低温零磁场导电率接近4e2/h (e为电子电荷，h为plank常数);反常的量子霍尔效应；小的自旋轨道交互作用等(自由态二维碳原子晶体-单层石墨烯，杨全红、吕伟等，新型炭材料，2008，23 (2):97-103)。现有技术依托石墨烯特殊的二维结构、高电导率、高热导率、开关效应及低噪声等优点，将其广泛应用于单分子探测器、集成电路、场效应晶体管等量子器件。目前，自由态石墨烯的制备方法大体可以分为物理方法和化学方法，物理方法包括微机械剥离法、取向附生法、外延生长法等；化学方法包括氧化石墨还原法、化学气相沉积法等。其中，微机械剥离法费时费力，难以精确控制，重复性较差，难以大规模制备；取向附生法生产的石墨烯薄片往往厚度不均匀；外延生长法也难以获得大面积、厚度均一的石墨稀。化学方法中，化学气相沉积法虽然能够制备出大面积的石墨烯，但是生产成本较高，工艺比较复杂；而氧化石墨还原法的成本较低、且高效、环保，能够大规模工业化生产，是目前石墨烯合成方法中应用最广泛的一种方法，其步骤为先将石墨氧化分散(借助超声、高速离心)到水或有机溶剂中形成稳定均相的溶胶，再用还原剂还原得到单层或多层石墨烯。但是氧化石墨还原法容易导致一些物理、化学性能的损失。近年来，研究者广泛使用的水合肼类化学还原法是采用化学还原剂使氧化石墨烯还原成石墨烯，还原剂为肼类化合物(Synthesis of graphene-based nanosheets viachemical reduction of exfoliated graphite oxide. Stankovich S., Dikin D. A. , PinerR.D. Carbon, 2007，45 (7) :1558-1565.)，如水合肼、二甲基肼等。但由于肼类化合物具有易燃、易爆、剧毒的性能，大量使用会对环境造成严重污染，且使用的安全能很差，对环境和人类带来很多负面影响；而且反应过程中需要加热消耗大量能源。为了解决石墨烯生产过程对环境造成的严重影响，近年来，有研究者(Anenvironmentally friendly and efficient route for the reduction of grapheneoxide by aluminum powder. Fan Z. , Wang K. , Wei T. Carbon，2010，48 (5) : 1686-1689)开始用环境友好型还原剂还原氧化石墨烯，如抗坏血酸、还原性糖、铝粉等。现有技术通过还原方法，使GO脱氧实现重石墨化得到石墨烯，从而使氧化石墨烯的导电性能显著增大，但还原不彻底，石墨烯中碳元素和氧元素的比例小，电学性能较差，大大影响了石墨烯的应用广泛性。如何开发一种对环境污染小，还原反应彻底，反应时间短的氧化石墨烯还原反应是本领域需要解决的一个问题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种环境友好、反应速率快、反应彻底的制备还原石墨烯的方法。本专利技术所述的制备还原石墨烯的方法，是在氨存在的条件下，用锌单质对氧化石墨烯还原，制备得到石墨烯。所述制备还原石墨烯的原料为氧化石墨烯溶胶或氧化石墨烯薄膜。 优选地，所述氨存在的条件为在反应体系中加入氨水；所述锌单质优选自锌粉。优选地，所述锌粉的粒径为O. 1-5 μ m,优选O. 2-3 μ m,进一步优选O. 2-2 μ m。本专利技术所述的制备还原石墨烯的方法中，向氨水中加入锌单质，形成锌-氨原电池还原机理，从而达到有效还原液相中的氧化石墨烯的目的。本专利技术所述的制备还原石墨烯的方法对于反应温度没有限制，可以在常温下进行，也可以在加热条件下进行，或者在低温条件下进行。所述氧化石墨烯(GO)选自石墨经氧化剥离得到的产物，或氧化石墨烯进一步处理得到的氧化石墨烯薄膜中的任意I种。所述进一步处理为将氧化石墨烯制备为氧化石墨烯薄膜的步骤，所述制备步骤为本领域技术人员有能力获知的，典型但非限制性的实例有真空辅助自组装法、气液液面自组装法等。本专利技术是通过在氨存在的条件下，用锌单质对GO还原，制备得到石墨烯的方法，因此对于GO没有具体的限定，凡是石墨被氧化后得到的氧化石墨烯均可用于本专利技术。现有技术中，GO的制备主要有Brodie法、Hummers法或Staudenmaier法三种氧化方法。Brodie法是首先用发烟HNO3处理天然微粉石墨，石墨被氧化时，硝酸离子侵人石墨片层间，然后再投入KClO4进一步氧化，随后将反应物投人大量水中，进行过滤，水洗至滤液接近中性后，干燥，得到氧化石墨。Staudemaier法是用浓硫酸和发烟硝酸混合酸对石墨粉进行处理，同样也是以KClO4为氧化剂。Hummers法是将石墨粉和无水硝酸钠(NaNO3)加入到置于冰浴内的浓硫酸中，强力搅拌下加入KMnO4,并用体积分数3%H202还原剩余的高锰酸钾和MnO2,使其变为无色可溶的MnSO40在双氧水的处理下，悬浮液变成亮黄色。过滤、洗涤3次，然后真空脱水得到。所得到的氧化石墨片层具有褶铍型结构，且含氧量较大，官能团较为丰富，在纯水中可良好分散。优选地，本专利技术所述石墨的氧化方式优选自Brodie法、Hummers法或Staudenmaier法中的任意I种。优选地，本专利技术所述氧化石墨的剥离的方法为本领域技术人员所熟知的方法，例如热解膨胀剥离、超声分散等。本专利技术对剥离的手段不做限定，所有能够得到GO的方法，均可用于本专利技术。作为优选，本专利技术所述剥离方式优选自热解膨胀剥离、超声分散剥离中的任意I种。本专利技术所述的GO选自石墨经过氧化得到氧化石墨后，经过剥离得到的氧化石墨烯；和将得到的氧化石墨烯分散于水中得到水溶胶后，经过进一步处理得到的氧化石墨烯薄膜。氧化石墨烯溶胶和氧化石墨烯薄膜的制备方法是本领域的现有技术，具体的制备步骤，此处不再赘述。本领域技术人员应该明了，任何一种氧化石墨烯溶胶的制备方法均可用于本专利技术，并不限定于本专利技术所述的方法，包括现有技术或新技术公开的氧化石墨烯的任何一种制备方法。同样地，任何一种氧化石墨烯薄膜的制备方法也均可用于本专利技术，并不限定于本专利技术所示的方法，包括现有技术或新技术公开的氧化石墨烯薄膜的任何一种制备方法。当制备还原石墨烯的原料为氧化石墨烯溶胶时，本专利技术所述的制备还原石墨烯的 方法包括如下步骤( I)将氧化石墨粉配制成氧化石墨烯水溶胶；(2)加入氨水，进行分散；(3)分散过程中，加入锌粉进行还原反应；(4)洗涤得到石墨烯。优选地，步本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制备还原石墨烯的方法，其特征在于，所述方法是在氨存在的条件下，用锌单质对氧化石墨烯还原，制备得到石墨烯。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李永锋，
申请(专利权)人：常州第六元素材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。