專利名稱：油相中高濃度合成石墨烯的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石墨烯的合成方法，尤其涉及油相中高濃度的合成石墨烯的方法，屬磷化學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
自從2004年,Andre Geim和Konstantin Novoselov用機(jī)械剝離法首次分離出單層石墨烯以來(lái)，石墨烯的合成不斷推陳出新，其中有微機(jī)械分離法、氧化還原法、加熱SiC法、化學(xué)氣相沉淀法。受到制備成本和制備條件限制，氧化還原法占有重要地位，是應(yīng)用較多的方法。氧化還原法生成石墨烯的步驟是在水相中進(jìn)行，若氧化石墨的濃度過(guò)高，容易造成石墨烯重新聚合成石墨，所以只能采用低濃度合成少量的石墨烯。同時(shí)產(chǎn)生大量廢水，通 常生產(chǎn)單位質(zhì)量的石墨烯，所產(chǎn)生的廢水在其50倍以上。有文獻(xiàn)報(bào)道，添加分散性物質(zhì)，提高反應(yīng)物氧化石墨的濃度，但濃度還是不夠高，達(dá)不到工業(yè)化生產(chǎn)的要求，不能大規(guī)模生產(chǎn)。而且分散性物質(zhì)不僅增加成本，而且難以去除，也使石墨烯的純度和品質(zhì)下降。綜合各種文獻(xiàn)和相關(guān)專利，石墨烯的生產(chǎn)方法普遍存在產(chǎn)量小，雜質(zhì)多，產(chǎn)生廢水多，還原劑毒性大等缺點(diǎn)。急需對(duì)其生產(chǎn)方法進(jìn)行改進(jìn)，而在油相中合成石墨烯，可以大幅度提高產(chǎn)量，不僅不產(chǎn)生大量廢水，溶劑可以回收再使用，不需要添加分散性物質(zhì)，不會(huì)引入雜質(zhì)，至今沒(méi)有發(fā)現(xiàn)在有機(jī)溶劑中生產(chǎn)石墨烯的報(bào)道。
發(fā)明內(nèi)容
為了從根本上避免石墨烯產(chǎn)量小，不能大規(guī)模放大，污水排量大，使用肼等有毒還原劑等缺點(diǎn)，本發(fā)明要解決的問(wèn)題是提供油相中合成石墨烯的新方法，在常溫條件下，大量還原氧化石墨，便于工業(yè)化生產(chǎn)。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明在油相中還原氧化石墨制備石墨烯的方法通過(guò)下述步驟實(shí)現(xiàn)
第一步，氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在有機(jī)溶劑中加入一定量干燥研細(xì)的氧化石墨，在超聲波作用下，將氧化石墨剝離和分散。第二步，冷卻反應(yīng)液，加入還原劑三氯化磷，進(jìn)行還原，加入醇類物質(zhì)，加熱回流至反應(yīng)完全。蒸出大部分溶劑，該溶劑可再次用于第一步。第三步，將產(chǎn)物倒入水中，過(guò)濾，干燥得到石墨烯。所述有機(jī)溶劑為鹵代烴類、烴類、酯類、醚類等，如二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷、1，2-二氯乙烷、苯、甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、四氫呋喃、乙腈等。所述的醇類物質(zhì)為C1-20的一元醇或多元醇，如乙醇，乙二醇，甲醇，丙醇，丙二醇，丁醇等。優(yōu)選如下條件
所述第一步中，超聲的功率為10瓦到1000瓦，分散時(shí)間為5飛O分鐘。所述第一步中，反應(yīng)液的濃度為每100毫升溶劑加入廣40克氧化石墨。所述第二步中，冷卻反應(yīng)液至(T-100°C ；所述第二步中，還原劑三氯化磷的加入量是氧化石墨干重的O. Γιοο倍。本發(fā)明采用有機(jī)溶劑合成石墨烯，溶劑可以回收再使用，不僅避免了大量廢水的產(chǎn)生，而且不需要添加分散性物質(zhì)，不會(huì)引入雜質(zhì)，大幅度提高了石墨烯的產(chǎn)量和質(zhì)量。使用無(wú)毒還原劑三氯化磷，有利于環(huán)境保護(hù)，簡(jiǎn)化合成過(guò)程，降低成本。本發(fā)明生產(chǎn)的石墨烯可用于載體、電容、納米電子器件、炭質(zhì)新材料、傳感 器、儲(chǔ)能材料等。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明
合成方法如下
實(shí)施例I
氮?dú)獗Ｗo(hù)下，IOOmL三頸瓶中，加入I. Og氧化石墨烯，10 mL的乙腈。在100瓦的功率下超聲60分鐘。冷卻,在_8°C下,加8 mL (約91. 6mmoL )的P Cl3,攪拌lh。加入乙醇4.5 mL (約77. 2mmoL ),攪拌加熱回流4h后,倒入IOOmL水中，過(guò)濾,洗漆,干燥,得產(chǎn)品O. 84g0溶劑乙腈及蒸出的乙醇可再次回收利用。
實(shí)施例2
氮?dú)獗Ｗo(hù)下，IOOmL三頸瓶中，加入I. Og氧化石墨烯，50 mL的乙酸乙酯。在500瓦的功率下超聲30分鐘。冷卻，在-28°C，加8 mL (約91.6mmoL )的P Cl3，攪拌lh。加入丁醇7. 8 mL (約85. 7mmoL ),攪拌加熱回流2h后,倒入IOOmL水中，過(guò)濾,洗漆,干燥,得產(chǎn)品O. 78g0溶劑乙酸乙酯及蒸出的丁醇可再次回收利用。
權(quán)利要求
1.一種在油相中合成石墨烯的方法，通過(guò)下述步驟實(shí)現(xiàn) (1)氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在有機(jī)溶劑中加入干燥研細(xì)的氧化石墨，在超聲波作用下，將氧化石墨剝離和分散； (2)冷卻反應(yīng)液，加入還原劑三氯化磷，進(jìn)行還原，加入醇類物質(zhì)，加熱回流至反應(yīng)完全，蒸出大部分溶劑； (3)將產(chǎn)物倒入水中，過(guò)濾，洗滌，干燥得到石墨烯。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述石墨烯的制備方法，其特征是所述的有機(jī)溶劑為二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷、1，2_ 二氯乙烷、乙酸乙酯、四氫呋喃、乙腈、苯、甲苯或二甲苯。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述石墨烯的制備方法，其特征是反應(yīng)液的濃度為每100毫升溶劑加入1 40克氧化石墨。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述石墨烯的制備方法，其特征是超聲分散的功率為10瓦到1000瓦，分散時(shí)間為5 60分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述石墨烯的制備方法，其特征是冷卻反應(yīng)液至(T-10(TC。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述石墨烯的制備方法，其特征是加入三氯化磷的量是氧化石墨干重的O. Γ100倍· 根據(jù)權(quán)利要求I所述石墨烯的制備方法，其特征是加入醇為乙醇，乙二醇，甲醇，丙醇，丙二醇，丁醇。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述石墨烯的制備方法，其特征是回流溫度是2(T90°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述石墨烯的制備方法，其特征是溶劑回收再使用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在油相中合成石墨烯的新方法，屬磷化學(xué)領(lǐng)域。在有機(jī)溶劑中加入一定量的氧化石墨，經(jīng)過(guò)超聲分散，冷卻至一定溫度，加入還原劑三氯化磷，攪拌，加熱回流至反應(yīng)完全。將產(chǎn)物倒入水中，過(guò)濾，洗滌，干燥得到石墨烯。本發(fā)明工藝流程簡(jiǎn)單，反應(yīng)液濃度高，產(chǎn)量大，溶劑可回收再使用，成本低，石墨烯品質(zhì)高等優(yōu)點(diǎn)，適合工業(yè)化生產(chǎn)石墨烯。
文檔編號(hào)C01B31/04GK102826541SQ201210337818
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月13日
發(fā)明者王儲(chǔ)備, 周建偉, 戚航, 褚亮亮, 蘇新梅 申請(qǐng)人:新鄉(xiāng)學(xué)院