微波辐射快速制备不溶性单层石墨烯的方法

摘要

本发明公开了一种微波辐射快速制备不溶性单层石墨烯的方法，包括以下步骤：(1)将膨胀石墨、过硫酸钠、钒酸钠和H

说明书

技术领域

本发明涉及一种单层石墨烯的制备方法，尤其是涉及一种不溶性石墨烯的 制备方法。

背景技术

氧化石墨还原法是目前制备石墨烯最热门的方法，所用的还原剂主要有水 合肼、硼氢化钠、对苯二胺等，虽然这些还原剂能有效的将氧化石墨烯还原， 但是其巨大的毒性、还原反应时间长(1小时以上)、制备第一步氧化石墨的时 间更长(需要20小时以上)，这些都限制了其推广和应用。最近，有人又先后 用抗坏血酸、葡萄糖、柠檬酸、氨基酸、硫化物等绿色氧化剂，但是他们的还 原效果没有水合肼好。而且，先前的研究显示，这种方法导致在石墨分散体中 引入了一些杂质和残余的还原剂。此外，超声后的氧化石墨烯(GO)分散体的 还原导致它亲水性的显著下降并最终导致它们不可逆的聚集和沉淀，这将大大 影响石墨烯优异性能的发挥。

发明内容

本发明为了克服上述的不足，提供了一种微波辐射快速制备不溶性单层石 墨烯的方法，通过该方法制备的石墨烯性能稳定。

本发明的技术方案如下：

一种不溶性石墨烯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将膨胀石墨、过硫酸钠、钒酸钠和H₅PMo₁₀V₂O₄₀在常温下搅拌反应；

(2)反应结束后，减压抽滤，洗涤滤饼至中性，并将滤饼自然干燥；

(3)将滤饼氧化，得到氧化石墨烯GO；

(4)再减压抽滤，洗涤滤饼至中性，并在去离子水中对其超声；

(5)超声后抽虑，取滤液放入外壁有冷却水的瓶中，并经常更换冷却水，以 保持室温；

(6)将滤液还原；

(7)将还原后得到的悬浮液干燥，得到片状固体石墨烯RGO。

其中，步骤(1)中膨胀石墨、过硫酸钠、钒酸钠各1g，H₅PMo₁₀V₂O₄₀为20ml， 反应时间为1h。

步骤(3)中通过去离子水和双氧水各20ml来进行氧化，氧化时间为30min。

步骤(4)中的超声在30ml去离子水中完成，超声时间为10min，以达到 完成修饰的目的。

步骤(6)中通过微波炉700W加热30min来完成还原。

步骤(7)在35℃条件下干燥，干燥时间为1天。

本发明的有益效果是：

本发明通过微波辐射法还原超声后的氧化石墨来制备稳定的不溶性石墨 烯，该方法成本低、简便、快速，不需要用任何光催化剂或者还原剂，实现了 大规模的生产绿色环保稳定的不溶性石墨烯。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是氧化石墨烯GO的XRD图；

图2是石墨烯RGO的XRD图；

图3是原料膨胀石墨的SEM图；

图4是氧化石墨烯GO的SEM图；

图5是石墨烯RGO的SEM图。

具体实施方式

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似 目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类 似特征中的一个例子而已。

一种不溶性石墨烯的制备方法，包括以下步骤：称取膨胀石墨、过硫酸钠、 钒酸钠各1g，以及20ml的H₅PMo₁₀V₂O₄₀，置于50ml的烧杯中，常温下搅拌反应 1h。反应结束后，减压抽滤，洗涤滤饼至中性，取滤饼自然干燥1h。将滤饼置 于50ml烧杯中，加入去离子水和双氧水各20ml，反应30min，完成氧化过程， 得到氧化石墨烯GO。减压抽滤，洗涤滤饼至中性，放入30ml去离子水中超声 10min，完成修饰过程。超声后抽虑，取滤液，放入外壁有冷却水的瓶中，并 经常更换外壁的冷却水，以保持室温，将滤液降至室温。再通过微波炉700W 加热30min，完成还原过程。取上述悬浮液35℃下干燥1天，得片状固体石墨 烯RGO，该片状固体石墨烯RGO具有不溶性。

对上述氧化石墨烯GO和石墨烯RGO的样品通过X射线衍射仪(D8型德国布 鲁克公司生产)进行分析(见图1和图2)，分析时各参数如下，CuK_α辐射， 管电压：40kV，管电流：250mA，2θ扫描范围：10～90°，扫描速度：4°/min， 扫描方式为连续扫描，温度：室温(23℃)，相对湿度：30～40％。

从文献可知，膨胀石墨粉在2θ约为26°附近会出现一个很尖很强的衍 射峰，且分布较窄，即石墨面的衍射峰，说明纯石墨微晶片层的空间排列非常 规整，面层间距为0.36nm。从图1中可以看出石墨被氧化成氧化石墨时，2 θ＝26°衍射峰基本上消失了，而约在2θ＝11.1°处出现一个明显的衍射峰， 为氧化石墨的特征峰，该衍射峰归属于氧化石墨片层之间的距离，其间距为 0.794nm，远大于石墨的层间距。说明氧化作用在其层间形成大量极性基团， 并且具有极强的吸水性，水分子进入石墨层间，增大了石墨层和层之间的距离， 石墨的晶型被破坏，生成了新的晶体结构。从图2可看出当氧化石墨被还原成 石墨烯时，石墨烯约在2θ＝19.26°附近出现弥散峰，这与石墨的衍射峰位置 相近，但衍射峰变宽，强度减弱。这说明氧化石墨经过微波辐射还原后，石墨 烯的结构保持，没有再次团聚形成石墨，石墨片层尺寸更加缩小，晶体结构的 完整性下降，无序度增加。这与石墨烯的SEM照片分析是一致的。

对原料膨胀石墨、氧化石墨烯GO和石墨烯RGO的样品通过日本日立公司 生产的S4800型扫描电镜SEM进行分析(见图3、图4和图5)，其中各参数如 下，加速电压：20kV，放大倍率：25～200.000，分辨率：3.5nm，真空度： 6×10^-6Pa。

图3为原料膨胀石墨的SEM图，从图3可以看出，膨胀石墨外观呈疏松的 长条状，这是因为天然石墨在热膨胀过程中氧化碳等小分子气体的快速脱离使 得石墨片层发生折叠。

图4为氧化石墨烯GO的SEM图，图4中氧化石墨烯GO是片层结构，这主 要是在氧化、清洗、干燥、超声剥离过程后，GO表面的含氧官能团使层间距增 大，减弱了层片之间的作用力，导致部分层片剥离，图中的GO薄片聚集在一 起。

图5为石墨烯RGO的SEM图，从图5可以看出，石墨烯呈片状结构，其片 层很薄且片层的长厚比很大，使其表面积增大，吸附能力增强，表明制得的石 墨烯完整性好，具有比膨胀石墨和氧化石墨更大的表面积，具有不溶性。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中 披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何 新的组合。