一種微納石墨烯片的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種微納石墨烯片的制備方法，特別涉及一種可用于塑料增強、傳感、催化、電池負極材料及隱身等鄰域的石墨烯片的制備方法，屬于納米材料制備領域。
【背景技術】
[0002]石墨烯材料具有優異的導電性、導熱性和超高強度等性能，有望在塑料材料增強、傳感、光電、電池電極、催化及隱身等鄰域獲得廣泛應用。目前大規模制備石墨烯材料主要有兩種:一種是通過化學氣相沉積方法在銅或鎳基底上生長高質量大片石墨烯薄膜；另一種是通過氧化還原法制備石墨烯粉體。前者雖然可獲得高質量完整的石墨烯，但成本高，僅限于要求苛刻的半導體產業應用。而后者由于工藝相對簡單，成本低，可大批量生產，但是由于需要大量化學原料用于石墨氧化和石墨烯還原，因此會產生大量化學廢液，對環境污染較大。

【發明內容】

[0003]發明目的:本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種新型的納微石墨烯片的制備方法。
[0004]技術方案:本發明提供的一種微納石墨烯片的制備方法，包括以下步驟:以石墨板為陽極、惰性金屬板或石墨板為陰極、超純水或苯六甲酸溶液為電解液，對石墨實施電解，在電解液中可獲得直徑介于10-500nm范圍的微納米碳材料；蒸干，在氬氣或氮氣氛圍中400-600°C下熱處理30-120min，即得厚度為5_10nm的微納石墨烯片。
[0005]作為優選，陽極石墨板特征為:灰份< 50ppm，體積密度^ 1.5g/cm3,顆粒度< 500umo
[0006]作為另一種優選，相鄰陽極石墨板和陰極惰性金屬板或石墨板之間的間距為1-1Omm0
[0007]作為另一種優選，超純水電阻率在18ΜΩ以上；苯六甲酸鈉的濃度為0.l-2mol/Lo
[0008]作為另一種優選，電解條件為:在電壓4-50V、電流密度0-300mA/cm2，電解時間為4-96ho
[0009]有益效果:與現有技術(化學氣相沉積法和氧化還原法)相比，本發明具有以下突出的優勢:
[0010](I)工藝簡單，便于操作，綠色環保。該工藝不需要化學氣相沉積技術所需的昂貴真空沉積系統，不需要特殊處理的銅或鎳生長基底以及800-100°C高溫生長環境，沒有易燃易爆氣體排放；也不會出現氧化還原法中產生的金屬污染、有毒氣體以及爆炸的隱患。通過較為簡單的電化學和熱處理工藝即可獲得石墨烯材料。
[0011](2)本發明制得的石墨烯片具有更小的直徑尺寸:目前化學氣相沉積主要用于制備大面積石墨烯；而氧化還原法制備的石墨烯直徑一般在微米毫米級別(這是因為石墨原材料的顆粒尺寸較大)，進一步獲得直徑為納米級尺寸的石墨烯比較困難。本技術通過電化學及熱處理使直徑為微納米級石墨烯片的產生成為可能。
【附圖說明】
[0012]圖1熱處理前碳液中碳材料形貌圖；
[0013]圖2熱處理后得到的石墨烯片的形貌及其高分辨精細結構。
【具體實施方式】
[0014]在描述本發明的材料、方法之前，應當理解本披露不受限于所描述的具體方法以及材料，因為這些可以改變。還應理解本說明書中所使用的術語只是為了描述這些特定的形式或實施方案的目的，而不是旨在限制該范圍。除非另外限定，在此使用的所有技術的或科學的術語具有與本領域普通技術人員通常理解的相同的含義。
[0015]以石墨板為陽極，其灰份< 50ppm，體積密度彡1.5g/cm3，顆粒度< 500um。其陰極電極板采用惰性金屬板或石墨板；相鄰陽極石墨板和陰極板之間的間距為l-10mm。電解液為電阻率大于18ΜΩ的超純水或0.l_2mol/L苯六甲酸溶液酸性溶液。電解時，電壓4-50V、電流密度0-300mA/cm2，時間為4小時-96小時。電解后利用蒸發方式將溶液中水去除。最后將固態物質在氬氣或氮氣氛圍中400-600°C條件熱處理30-120分鐘。
[0016]下面給出利用本發明的制備方法制備納米級直徑石墨烯材料的具體實施例。
[0017]實施例1
[0018]陽極電極板采用厚度為80mm、長度700mm、寬度700mm的石墨板，灰份< 50ppm，體積密度多1.58/0113，，顆粒度< 500um;陰極電極板采用厚度為10mm、長度700mm、寬度700mm的鈦板；相鄰陽極石墨板和陰極惰性金屬板之間的間距為3_。電解液為電阻率在18ΜΩ以上的超純水。電源選用整流直流電源。
[0019]接通電源后，電壓控制在4V，電流密度控制在0-200mA/cm2，96小時后，獲得微納碳顆粒溶膠。80°C下，蒸干水分后，將固態物質在氮氣氛圍400°C條件下加熱120min，獲得直徑約為1-1OOnm厚度5-10nm之間的石墨稀片。
[0020]實施例2
[0021]陽極電極板采用厚度為80mm,長度700mm，寬度700mm的石墨板，灰份< 50ppm，體積密度多1.58/0113，，顆粒度< 500um;陰極電極板采用厚度為10mm，長度700mm，寬度700mm的鈦板；相鄰陽極石墨板和陰極惰性金屬板之間的間距為3mm。電解液為0.lmol/L苯六甲酸溶液。電源選用整流直流電源。
[0022]接通電源后，電壓控制在4V，電流密度控制在100-200mA/cm2，48小時后，獲得微納碳顆粒溶膠。80°C下，蒸干水分后，將固態物質在氮氣氛圍400°C條件下加熱120min，獲得直徑約為50 -1OOOnm厚度5-10nm之間的石墨稀片。
[0023]實施例3
[0024]陽極電極板采用厚度為80mm,長度700mm，寬度700mm的石墨板，灰份< 50ppm，體積密度多1.5g/cm3，，顆粒度< 500um ;陰極電極板采用厚度為10mm，長度700mm，寬度700mm的鈦板；相鄰陽極石墨板和陰極惰性金屬板之間的間距為3mm。電解液為電阻率在18ΜΩ以上的超純水。電源選用整流直流電源。
[0025]接通電源后，電壓控制在50V，電流密度控制在0-300mA/cm2，48小時后，獲得微納碳顆粒溶膠。80°C下，蒸干水分后，將固態物質在氮氣氛圍600°C條件下加熱30min，獲得直徑約為50-500nm厚度5-10nm之間的石墨稀片。
[0026]實施例4
[0027]陽極電極板采用厚度為80mm,長度700mm，寬度700mm的石墨板，灰份< 50ppm，體積密度多1.5g/cm3，，顆粒度< 500um ;陰極電極板采用厚度為10mm，長度700mm，寬度700mm的鈦板；相鄰陽極石墨板和陰極惰性金屬板之間的間距為3mm。電解液為2mol/L苯六甲酸溶液。電源選用整流直流電源。
[0028]接通電源后，電壓控制在50V，電流密度控制在200-300mA/cm2，6小時后，獲得微納碳顆粒溶膠。80°C下，蒸干水分后，將固態物質在氮氣氛圍400°C條件下加熱30min，獲得直徑約為100 - 1500nm厚度5-10nm之間的石墨稀片。
[0029]實施例5
[0030]陽極電極板采用厚度為80mm,長度700mm，寬度700mm的石墨板，灰份< 50ppm，體積密度多1.5g/cm3，，顆粒度< 500um ;陰極電極板采用厚度為10mm，長度700mm，寬度700mm的鈦板；相鄰陽極石墨板和陰極惰性金屬板之間的間距為3mm。電解液為2mol/L苯六甲酸溶液。電源選用脈沖電源。
[0031]接通電源后，電壓控制在50V，電流密度控制在200-300mA/cm2，頻率為10kHz。6小時后，獲得微納碳顆粒溶膠。80°C下，蒸干水分后，將固態物質在氮氣氛圍4000C條件下加熱30min，獲得直徑約為100 - 1500nm厚度5-10nm之間的石墨稀片。
[0032]實施例6
[0033]陽極電極板采用厚度為80mm、長度700mm、寬度700mm的石墨板，灰份< 50ppm，體積密度多1.5g/cm3，顆粒度< 500um ;陰極電極板采用厚度為10mm、長度700mm、寬度700mm的鈦板；相鄰陽極石墨板和陰極惰性金屬板之間的間距為1mm。電解液為電阻率在18ΜΩ以上的超純水。電源選用整流直流電源。
[0034]接通電源后，電壓控制在20V，電流密度控制在0-200mA/cm2，60小時后，獲得微納碳顆粒溶膠。80°C下，蒸干水分后，將固態物質在氮氣氛圍500°C條件下加熱60min，獲得直徑約為1-1OOnm厚度5-10nm之間的石墨稀片。
[0035]實施例7
[0036]陽極電極板采用厚度為80mm、長度700mm、寬度700mm的石墨板，灰份< 50ppm，體積密度多1.5g/cm3，顆粒度< 500um ;陰極電極板采用厚度為10mm、長度700mm、寬度700mm的鈦板；相鄰陽極石墨板和陰極惰性金屬板之間的間距為10mm。電解液為電阻率在18ΜΩ以上的超純水。電源選用整流直流電源。
[0037]接通電源后，電壓控制在30V，電流密度控制在0-200mA/cm2，4小時后，獲得微納碳顆粒溶膠。80°C下，蒸干水分后，將固態物質在氮氣氛圍500°C條件下加熱90min，獲得直徑約為1-1OOnm厚度5-10nm之間的石墨稀片。
【主權項】
1.一種微納石墨烯片的制備方法，其特征在于:包括以下步驟:以石墨板為陽極、惰性金屬板或石墨板為陰極、超純水或苯六甲酸溶液為電解液，對石墨實施電解，在電解液中可獲得直徑介于10-500nm范圍的微納米碳材料；蒸干，在氬氣或氮氣氛圍中400-600°C下熱處理30-120min，即得厚度為5-10nm的微納石墨稀片。
2.根據權利要求1所述的一種微納石墨烯片的制備方法，其特征在于:陽極石墨板特征為:灰份< 50ppm，體積密度多1.5g/cm3，顆粒度< 500um。
3.根據權利要求1所述的一種微納石墨烯片的制備方法，其特征在于:相鄰陽極石墨板和陰極惰性金屬板或石墨板之間的間距為l-10mm。
4.根據權利要求1所述的一種微納石墨烯片的制備方法，其特征在于:超純水電阻率在18ΜΩ以上。
5.根據權利要求1所述的一種微納石墨烯片的制備方法，其特征在于:苯六甲酸鈉的濃度為 0.l-2mol/Lo
6.根據權利要求1所述的一種微納石墨烯片的制備方法，其特征在于:電解條件為:在電壓4-50V、電流密度0-300mA/cm2，電解時間為4_96h。
【專利摘要】本發明提供的一種微納石墨烯片的制備方法，包括以下步驟：以石墨板為陽極、惰性金屬板或石墨板為陰極、超純水或苯六甲酸溶液為電解液，對石墨實施電解，在電解液中可獲得直徑介于10-500nm范圍的微納米碳材料；蒸干，在氬氣或氮氣氛圍中400-600℃下熱處理30-120min，即得厚度為5-10nm的微納石墨烯片。該工藝簡單，便于操作，綠色環保，制得的石墨烯片具有直徑尺寸小。
【IPC分類】B82Y30-00, C25B1-00, B82Y40-00
【公開號】CN104831307
【申請號】CN201510243280
【發明人】曾宇喬, 李晨駿, 朱建峰, 陳佳熠, 陳友明, 郭俊楠, 張旭海, 邵起躍, 談榮生, 蔣建清
【申請人】東南大學
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年5月13日