比較三種化學(xué)方法制備石墨烯

1、一、利用液氨作為還原劑，還原氧化石墨。工藝：藥品喀秫馳度生產(chǎn)廠冢石墨色溝純上海ili國藥集團(tuán)有限公討分折純天津川科密歐化學(xué)試劑有限公訂廿折純天津11科密歐優(yōu)學(xué)試劑有限公可噥硫酸分折盹濟(jì)陽臭華化學(xué)試劑有限暑分折純洛陽山応學(xué)試剖廠鋰片優(yōu)級(jí)純天津中攤鋰業(yè)有限舍訂分折純天津iII科密歐化學(xué)試剖有限公E分折城天徉1科巒毆化學(xué)試刑有限如訂液顯'FHili盛殖優(yōu)工有限公訂舞偏氟乙烯電F純合肥料晶材料技朮有限金列獺F卩基毗略烷酮電子純阿拉試劑公司合肥科晶村料拽朮有限公詞電解液LiPF訂EC斗DEC電于純舐家港國泰華榮有限公訂電池級(jí)HCelgaicl240a乙塊黑昔肥科晶材料技術(shù)有限公悅藩名禰型需生產(chǎn)廠

2、家國空空燥梢ZKF030件肥科品材料技術(shù)有限公司真空手套箱Lab2000伊特克斯北京）有限公司電F天平AP.1143梅特勒-托利多仗器有限典司低溫冷卻循環(huán)泵DLSB-5/60鄭州長(zhǎng)城科T1貿(mào)有限公司超聲細(xì)胞粉碎機(jī)JY99-2D寧波新芝儀器研究所玻碉反應(yīng)釜10L-XZ層鄭州市中原科技玻碉儀器廠高溫恒溫循壞泵GSL-10L鄭州長(zhǎng)城科二貿(mào)有限公詞1、將60g的顆粒狀天然石墨，硝酸鈉30g加入10L的雙層玻璃反應(yīng)釜中冷卻至0口;再將2500mL濃硫酸緩慢加入反應(yīng)釜中充分?jǐn)嚢?0min,保持反應(yīng)體系的溫度不高于4口;然后，將180g高錳酸鉀加入反應(yīng)釜中并充分?jǐn)嚢?0min，同時(shí)保持反應(yīng)體系溫度不高于8口

3、，此階段為低溫反應(yīng)。2、撤走冷浴，用高溫恒溫循環(huán)泵將反應(yīng)體系加熱至35口，并充分?jǐn)嚢?h,得到褐色懸浮液，再緩慢加入90g高錳酸鉀反應(yīng)12h，保持反應(yīng)體系的溫度不高于40口，此階段為中溫反應(yīng)。3、撤走高溫恒溫循環(huán)泵，用低溫冷卻循環(huán)泵將反應(yīng)系統(tǒng)溫度控制在5以下，將7L去離子水緩慢滴加入褐色懸浮液中，體系溫度驟然升高，并伴有大量氣體生成，稀釋的懸浮液在此溫度下攪拌60min。4、向懸浮液中加入50mL的H202(30%)，室溫下攪拌60min，得到亮黃色氧化石墨分散液。5、將上述分散液靜置2h，分層，去除上清液后，加入一定量的去離子水，過濾，得到黃褐色濾餅。用5000mL稀鹽酸(10%)將濾餅洗滌

4、2次后，再分散于5000mL去離子水中，過濾，用大量去離子水洗滌至溶液中無氯離子(可用AgN03溶液檢測(cè))，且接近中性。然后將剩余固體產(chǎn)物在60的真空干燥箱中干燥24h,研磨過篩后得到的氧化石墨。石墨烯的制備用低溫冷卻循環(huán)泵在一定溫度下將高純氨在密封容器中液化，加入一定量干燥的氧化石墨用超聲細(xì)胞粉碎機(jī)超聲剝離lh,將一定量的金屬鏗放入液氨中，溶液變成藍(lán)色，繼續(xù)保持超聲30min溶液變黑，停止冷卻自然升溫使液氨揮發(fā)，向得到的黑色固體中加入乙醇超聲分散，過濾用去離子水洗滌至中性，真空60口干燥12h，得到黑色的石墨烯。在其他實(shí)驗(yàn)條件相同的條件下，將鏗用金屬鈉和金屬鉀代替，得到對(duì)應(yīng)的堿金屬還原的石墨

5、烯。小結(jié):采用液氨作為溶劑超聲剝離氧化石墨，利用液氨一堿金屬強(qiáng)還原性，堿金屬進(jìn)一步插層剝離氧化石墨同時(shí)將其還原。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，低溫的還原體系有效避免了熱還原過程中重新團(tuán)聚的產(chǎn)生，從透射電鏡觀察得到的石墨烯片層厚度在2-5nm,紅外和XPS證實(shí)大部分含氧基團(tuán)被去除。還原劑鋰不易存放，石墨烯制備時(shí)所使用的試劑腐蝕性強(qiáng)。二、用抗壞血酸(L-AA)(維生素)作還原劑，還原氧化石墨，所得到的是化學(xué)還原氧化石墨(CRG)工藝：1在室溫下，將30pm的顆粒狀天然石墨2g,硝酸鈉lg加入250mL三口瓶中冷卻至0口;再將_50mL濃硫酸緩慢加入三口瓶中充分?jǐn)嚢?0min，并保持反應(yīng)體系的溫度不高于5口;然后，

6、將0.3g高錳酸鉀加入三口瓶中并充分?jǐn)嚢?0min,同時(shí)保持反應(yīng)體系溫度不高于10口;在lh內(nèi)，再將7g高錳酸鉀分3批加入三口瓶中，保持反應(yīng)體系溫度不高于20，此階段為低溫反應(yīng)。2撤走冷浴，用水浴將反應(yīng)體系加熱至35士3口，并充分?jǐn)嚢?h,得到褐色懸浮液，此階段為中溫反應(yīng)。3將90mL水緩慢滴加入褐色懸浮液中，體系溫度驟然升高至90，并伴有大量氣體生成，稀釋的懸浮液在此溫度下反應(yīng)15min，此階段對(duì)高溫反應(yīng)。4向懸浮液中加入H2O2(30%,7mL)與超純水(55mL,45口)的混合溶液，并得到亮黃色氧化石墨分散液。5. 將懸浮液趁熱過濾，得到黃褐色濾餅。用150mL稀鹽酸(3%,45口)將濾

7、餅洗滌3次后分散于600mL水中，然后離心(4000rpm,20min分離凝膠狀氧化石墨。最后，將其轉(zhuǎn)移至40真空干燥箱，干燥24h后得到氧化石墨。6. 將初生成的氧化石墨分散于超純水中形成棕色懸浮液，通過透析除去殘留的酸和鹽。純化后的氧化石墨懸浮液分散于水中形成不同濃度(0.01mg/mL1mg/mL)的黃褐色分散液，利用超聲(200W,80%)將氧化石墨脫落30min。最后，將得到的棕色分散液離心(3000rpm,30min)轉(zhuǎn)移未被脫落的氧化石墨。通過在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)分批向體系加入高錳酸鉀的方法更有利于石墨的插層，最后得到單分散的GO。石墨烯的制備利用L-AA還原GO溶液來制備單分散CRG(

8、化學(xué)還原氧化石墨烯)懸浮液工藝：兩相溶劑體系并不能得到穩(wěn)定分散的CRG,基于GO和L-AA都具有良好的水溶性，實(shí)驗(yàn)選擇水溶液為反應(yīng)體系。在水溶液中制備CRG稱取0.0265gL-AA加入50mL,0.1mg/mL的亮黃色GO分散液中，攪拌5min后，加熱反應(yīng)體系，在80下反應(yīng)24h后，得到黑色團(tuán)聚物。稱取0.0265gL-AA加入50mL,0.1mg/mL的亮黃色GO分散液中，攪拌5min后，加熱反應(yīng)體系，在40下反應(yīng)24h后，得到黑色團(tuán)聚物。稱取0.02gL-AA加入50mL,0.1mg/mL的亮黃色GO分散液中，經(jīng)超聲作用(180W)2小時(shí)后，靜置于室溫(23口)48h后，得到均勻的黑色溶

9、液。實(shí)驗(yàn)選擇的反應(yīng)溫度為20-25°C。本實(shí)驗(yàn)中選擇L-AA與GO的最佳質(zhì)量比為10:1小結(jié)：還原劑無污染沒有危害，可在水溶液中進(jìn)行還原，且可在室溫下進(jìn)行。三、電化學(xué)法制備石墨烯1試劑石墨碳棒，光譜純，上海碳素廠;無水硫酸鈉，A.R級(jí)，上海市四赫維化工有限公司，配成0.6mg/mL的水溶液.2石墨烯的電解及提純將80mL硫酸鈉水溶液加入到冰水浴的100mL燒瓶中，再將2個(gè)高純的石墨棒平行插入硫酸鈉溶液中，兩電極間距3cm，加10V直流電壓，持續(xù)電解Sh,得到石墨烯電解液.因電解過程不斷放熱，通過冰水控制電解液溫度為3540C取靜置后的上層石墨烯電解液于超聲波清洗器中超聲振蕩5min，在高速離心機(jī)中以轉(zhuǎn)速1000r/min離心10min，去除離心管底部的沉積物分別加水和乙醇以轉(zhuǎn)速10000r/min反復(fù)離心30