石墨烯制備方法

1、1、化學(xué)還原石墨烯氧化物法（推薦） 試劑：石墨粉濃硫酸高錳酸鉀水合肼5%雙氧水鹽酸氫氧化鈉 儀器：超聲儀離心儀 實(shí)驗(yàn)步驟: 氧化石墨制備：將10 g石墨230 mL 98%濃硫酸混合置于冰浴中， 攪拌30 min使其充分混合。稱取40 g KMnO4加入上述混合液繼續(xù) 攪拌1 h后移入40oC溫水浴中繼續(xù)攪拌30 min用蒸餾水將反應(yīng)液（控制溫度在100 oC以下）稀釋至800-1 000mL。后加適量5% HO 2 2趁熱過濾，用5%HCl和蒸餾水充分洗滌至接近中性。最后過濾、洗滌在60oC下烘干得到氧化石墨樣品。石墨烯制備:稱取上述氧化石墨0.05 g加入到100 mL pH=11的NaO

2、H溶液中在150 W下超聲90 min制備氧化石墨烯分散液。在4 000 r/min下離心3 min除去極少量未剝離的氧化石墨。向離心后的氧化石墨烯分散液中加入0.1 mL水合肼，在90oC反應(yīng)2 h得到石墨烯分散液，密封靜置數(shù)天觀察其分散效果。2、微波法（推薦） 試劑：石墨NH4S2O8 H2O2儀器：超聲儀 實(shí)驗(yàn)步驟：將石墨與NH4S2O8及H2O2在超聲下混合，然后進(jìn)行微波反 應(yīng)，成功制備了石墨烯。他們指出該過程包括兩步反應(yīng)。首 先,NH4S2O8在微波下發(fā)生了分解產(chǎn)生了氧自由基，在氧自由基的誘 導(dǎo)下，石墨納米片被切開。然后H2O2分解并插入石墨納米片層間從 而導(dǎo)致石墨烯的剝離。3、化學(xué)

3、氣相沉積法 試劑：二氧化硅/硅鎳甲烷氫氣氬氨氣儀器：馬福爐實(shí)驗(yàn)步驟：K im等首先在S iO2 /Si基底上沉積一層100- 500nm厚的 金屬鎳薄層，然后在1 000oC及高真空下，以甲烷、氫氣及氬氣混合氣為反應(yīng)氣，在較短 的時(shí)間內(nèi)制備了石墨烯。W ei等采用甲烷和氨氣為反應(yīng)氣，一步法 直接合成了氮摻雜的石墨烯。在該氮摻雜的石墨烯中氮原子采取“石 墨化”、“毗咯化”及“毗啶化”這三種摻雜方式。該法是大規(guī) 模制備大尺寸、高質(zhì)量石墨烯的最有希望的方法之一。但目前還不是 很完善，還有待于進(jìn)一步的研究。4、溶劑熱法試劑：石墨烯氧化物水乙醇正丁醇乙烯醇?xì)溲趸c儀器：實(shí)驗(yàn)步驟：通過溶劑熱方法在較低的溫

4、度下實(shí)現(xiàn)了對(duì)石墨烯氧化物的 還原。他們嘗試了水、乙醇、正丁醇及乙烯醇等不同的溶劑對(duì)溶劑熱 反應(yīng)的影響。發(fā)現(xiàn)在堿性條件下通過簡單的水熱合成法，可以得到穩(wěn) 定的石墨烯水分散液。5機(jī)械剝離法原料：石墨；SiO2/Si； Si晶片；丙酮；丙醇；儀器：顯微鏡；超聲波分散儀；實(shí)驗(yàn)步驟：其方法主要是用氧等離子束在高取向熱解石墨(HOPG)表面 刻蝕出寬20 u m-20mm、深5um的槽面，并將其壓制在附有光致抗 蝕劑的SiO2/Si基底上，焙燒后，用透明膠帶反復(fù)剝離-出多余的 石墨片，剩余在Si晶片上的石墨薄片浸泡于丙酮中，并在大量的水 與丙醇中超聲清洗，去除大多數(shù)的較厚片層后得到厚度小于10nm的 片層

5、，最后在原子力顯微鏡下挑選出厚度僅有幾個(gè)單原子層厚的石 墨烯片。6、其他方法碳納米管軸切割法電化學(xué)還原法電弧放電法外延生長法液相剝離石墨法1 3氧化還原法目前，氧化 還原法以其低廉的成本且容易實(shí)現(xiàn)規(guī)?；膬?yōu)勢成為制 備石墨烯的最佳方法，而且可以制備穩(wěn)定的石墨烯懸浮液，解決了石 墨烯不易分散的問題。氧化 還原法是指將天然石墨與強(qiáng)酸和強(qiáng)氧化 性物質(zhì)反應(yīng)生成氧化石墨(GO)，經(jīng)過超聲分散制備成氧化石墨烯(單 層氧化石墨)，加入還原劑去除氧化石墨表面的含氧基團(tuán)，如羧基、環(huán) 氧基和羥基,得到石墨烯。氧化還原法被提出后，以其簡單易行的工藝成為實(shí)驗(yàn)室制備石墨烯 的最簡便的方法，得到廣大石墨烯研究者的青睞Ru

6、off等8 9發(fā)現(xiàn) 通過加入化學(xué)物質(zhì)例如二甲肼、對(duì)苯二酚、硼氫化鈉(NaBH4)和液肼 等除去氧化石墨烯的含氧基團(tuán)，就能得到石墨烯。氧化 還原法被提 出后，以其簡單易行的工藝成為實(shí)驗(yàn)室制備石墨烯的最簡便的方法， 得到廣大石墨烯研究者的青睞。Ruoff等8 9發(fā)現(xiàn)通過加入化學(xué)物 質(zhì)例如二甲肼、對(duì)苯二酚、硼氫化鈉(NaBH4)和液肼等除去氧化石墨 烯的含氧基團(tuán)，就能得到石墨烯。氧化 還原法可以制備穩(wěn)定的石墨 烯懸浮液，解決了石墨烯難以分散在溶劑中的問題。石墨烯具有極大 的比表面積,容易發(fā)生不可逆團(tuán)聚，一旦團(tuán)聚，石墨烯粉末也很難分散 于溶劑中。研究表明，石墨烯在環(huán)戊酮中分散性最好，但可分散濃度也 只

7、有8 5 g/mL，要拓展石墨烯在噴涂和液液自組裝等領(lǐng)域的應(yīng)用, 就需要制備穩(wěn)定的石墨烯懸浮液。Li等10通過用氨水調(diào)節(jié)溶液的pH 為10左右,控制石墨烯層間的靜電作用，制備出了在水中穩(wěn)定分散的 石墨烯懸浮液，而且擁有相當(dāng)高的電導(dǎo)率(7200S/m)。氧化 還原法唯一的缺點(diǎn)是制備的石墨烯存在一定的缺陷，例如，五 元環(huán)、七元環(huán)等拓?fù)淙毕莼虼嬖贠H基團(tuán)的結(jié)構(gòu)缺陷,這些將導(dǎo)致石 墨烯部分電學(xué)性能的損失，使石墨烯的應(yīng)用受到限制，但是這種制備 方法簡便且成本較低，不僅可以制備出大量石墨烯懸浮液，而且有利 于制備石墨烯的衍生物，拓展了石墨烯的應(yīng)用領(lǐng)域。1 4溶劑剝離法溶劑剝離法是最近兩年才提出的，它的原理

8、是將少量的石墨分散于溶 劑中，形成低濃度的分散液，利用超聲波的作用破壞石墨層間的范德 華力，此時(shí)溶劑可以插入石墨層間，進(jìn)行層層剝離,制備出石墨烯。此 方法不會(huì)像氧化還原法那樣破壞石墨烯的結(jié)構(gòu)，可以制備高質(zhì)量的 石墨烯。劍橋大學(xué)Hernandez等11發(fā)現(xiàn)適合剝離石墨的溶劑最佳表面張力應(yīng)該在4050mJ/m2,并且在氮 甲基毗咯烷酮中石墨烯的產(chǎn)率最高（大約為8%）,電導(dǎo)率為6500S/m。進(jìn) 而Bar ron等12研究發(fā)現(xiàn)高定向熱裂解石墨、熱膨脹石墨和微晶人 造石墨適合用于溶劑剝離法制備石墨烯。溶劑剝離法可以制備高質(zhì)量 的石墨烯，整個(gè)液相剝離的過程沒有在石墨烯的表面引入任何缺陷， 為其在微電子學(xué)、多功能復(fù)合材料等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了廣闊的應(yīng)用前 景。唯一的缺點(diǎn)是產(chǎn)率很低,限制它的商業(yè)應(yīng)用。1 5溶劑熱法溶劑熱法是指在特制的密閉反應(yīng)器（高壓釜）中,采用有機(jī)溶劑作為反 應(yīng)介質(zhì)，通過將反應(yīng)體系加熱至臨界溫度（或接近臨界溫度），在反應(yīng) 體系中自身產(chǎn)生高壓而進(jìn)行材料制備的一種有效方法。Choucair等 13用溶劑熱法解決了規(guī)模化制備石墨烯的問題，同時(shí)也帶來了電導(dǎo)率很低的負(fù)面影響。為解決由此帶來的不 足，研究者將溶