專利名稱：一種氧化石墨烯的制備方法
技術領域：
本發明屬于化學合成技術領域，涉及氧化石墨烯的制備方法。
背景技術：
石墨烯是碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結構的碳質材料，它可看作是構建其它維數碳質材料(如零維富勒烯、一維納米碳管、三維石墨)的基本單元。石墨烯具有許多奇特而優異的性能如楊氏模量、熱導率、載流子遷移率以及比表面積(理論計算值2630 m2/g)等均比較高，還具有分數量子霍爾效應、量子霍爾鐵磁性和激子帶隙等現 象。這些優異的性能和獨特的納米結構，使石墨烯成為近年來廣泛關注的焦點。基于石墨烯的納米復合材料在能量儲存、液晶器件、電子器件、生物材料、傳感材料和催化劑載體等領域展現出許多優良性能，具有廣闊的應用前景。石墨烯的制備最早采用的是機械剝離法，即利用膠帶粘貼石墨后再轉移到硅片上，隨后出現，在惰性晶體(SiC)上的晶體外延法；單晶金屬上的化學氣相沉積法；利用特定活性劑的石墨插層剝離法；以及采用氧化石墨烯的高溫脫氧和化學還原法等等。采用氣相沉積法制備出的石墨烯具有較完整的晶體結構，為石墨烯電子性能的研究提供了重要的基材，但所制得的石墨烯產量較低，難以規模化生產；化學法可大量制備石墨烯單片，但起始原料常常有缺陷，以氧化石墨烯為原料制備的石墨烯單片存在不同程度的缺陷。考慮到石墨烯的制備成本和可操作性，采用氧化石墨烯為起始材料經過脫氧還原制備石墨烯是目前較普遍的制備方法。氧化石墨烯石墨烯的氧化產物，在其二維碳骨架片層和邊緣上含有眾多含氧官能團，如羥基、羧基、環氧基，這些含氧官能團的存在賦予GO水溶性和容易功能化特性，從而能在水和有機溶劑中形成均一懸浮體系，為合成石墨烯基材料提供更多可能性。然而，據我們所了解，到目前為止世界上制備GO的方法都是石墨氧化-剝離法，主要包括Brodie法、Staudenmaier法、Hummers法及其改進方法。這些方法都比繁瑣昂貴且產率不高，需要消耗不可再生的石墨資源，限制了 GO的規模化應用。
發明內容
本發明的目的是提供一種操作簡單、轉化效率高的可用于大規模工業生產制備氧化石墨烯的方法。本發明是通過以下技術方案實現的。將農林副產物或碳水化合物按農林副產物或碳水化合物硫酸=l:100(Tl 5的質量比溶解在10°/Γ100%濃度的硫酸溶液中，于(T200°C反應O. 5^48小時，得到黑色生成物；過濾、洗滌、干燥后得到氧化石墨烯。優選地，農林副產物或碳水化合物硫酸的質量比為1:10(Tl: 10，硫酸溶液濃度為70% 100%，反應溫度為25 120°C，反應時間為2 24小時。本發明所述的農林產物是指木頭、木屑、秸桿、果殼、稻殼、棉花、紙張、甘蔗渣等中的一種或兩種以上。本發明所述的碳水化合物為葡萄糖、蔗糖、淀粉、纖維素等中的一種或兩種以上。所述的硫酸溶液為硫酸水溶液、硫酸乙醇溶液、硫酸甲醇溶液、硫酸甲基吡咯烷酮、硫酸N，N 二甲基甲酰胺溶液等硫酸極性溶液。本發明方法基于如下原理利用碳的液相擴散速度大于其固相擴散速度，通過控制碳化反應中動力學條件，使得原材料直接碳化形成氧化石墨烯，而不是無定型碳。本發明提供了一種制備氧化石墨烯的方法。與制備氧化石墨烯的常規方法相比，本發明的氧化石墨烯的制備具有以下優點。I、步驟簡單，易于操作，適合大規模工業化生產。2、原材料來源廣泛，且廉價。3、廣率聞，易于提純。4、反應條件溫和，能耗低。
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發明做進一步詳細說明。下述實施例中所用方法如無特別說明均為常規方法。實施例I。首先把I公斤木屑按木屑純硫酸的質量比為I :100溶解在濃度為10%的硫酸水溶液中，后加熱到100°C并保溫48小時，得到黑色生成物；過濾、洗滌、干燥后得到氧化石墨烯。實施例2。首先把I公斤棉花按棉花硫酸的質量比為I :200溶解在濃度為30%的硫酸水溶液中，后加熱到120°C并保溫40小時，得到黑色生成物；過濾、洗滌、干燥后得到氧化石墨烯。實施例3。首先把I公斤紙張按紙張硫酸的質量比為I :1000溶解在硫酸中，后加熱到200°C并保溫O. 5小時，得到黑色生成物；過濾、洗滌、干燥后得到氧化石墨烯。實施例4。首先把I公斤秸桿按秸桿硫酸的質量比為I :400溶解在濃度為70%硫酸水溶液中，后加熱到150°C并保溫20小時，得到黑色生成物；過濾、洗滌、干燥后得到氧化石墨烯。實施例5。首先把O. 5公斤秸桿和O. 5公斤木屑溶解在20升70%硫酸水溶液中，后加熱到150°C并保溫20小時，得到黑色生成物；過濾、洗滌、干燥后得到氧化石墨烯。實施例6。首先把I公斤葡萄糖按葡萄糖硫酸的質量比為I :5溶解在硫酸中，后加熱到100°C并保溫5小時，得到黑色生成物；過濾、洗滌、干燥后得到氧化石墨烯。實施例7。、
首先把I公斤蔗糖按蔗糖硫酸的質量比為I :10溶解在硫酸中，在室溫反應24小時，得到黑色生成物；過濾、洗滌、干燥后得到氧化石墨烯。
實施例8。首先把I公斤淀粉按淀粉硫酸的質量比為I :20溶解在硫酸中，在(TC反應48小時，得到黑色生成物；過濾、洗滌、干燥后得到氧化石墨烯。實施例9。首先把I公斤葡萄糖溶解在10升90%硫酸乙醇溶液中，在60°C反應20小時，得到黑色生成物；過濾、洗滌、干燥后得到氧化石墨烯。實施例10。首先把I公斤葡萄糖溶解在10升85%硫酸甲醇溶液中，在100° C反應24小時，得到黑色生成物；過濾、洗滌、干燥后得到氧化石墨烯。實施例11。首先把I公斤葡萄糖溶解在10升80%硫酸甲基吡咯烷酮溶液中，在100°C反應10小時，得到黑色生成物；過濾、洗滌、干燥后得到氧化石墨烯。實施例12。首先把I公斤葡萄糖溶解在10升75%硫酸N，N 二甲基甲酰胺溶液中，在100°C反應15小時，得到黑色生成物；過濾、洗滌、干燥后得到氧化石墨烯。雖然以上說明書舉例說明并描述了典型的實施方案，但本領域技術人員將明白的是，可以做出多種改變，并且可以用等價物代替其中的要素，而不離開本發明的范圍。此外，可以對本發明所教導的內容做出很多修改以適應具體情況或材料而不偏離本發明的基本范圍。因此，這里的意圖是本發明不被限制于作為實現這個發明的預期最優模式而公開的具體實施方案，而是本發明將包括落入其所附的權利要求范圍之內的所有實施方案。
權利要求
1.一種氧化石墨烯的制備方法，其特征是將農林副產物或碳水化合物按農林副產物或碳水化合物硫酸=1 100(Tl 5的質量比溶解在10°/Γ100%濃度的硫酸溶液中，于(T200°C反應O. 5^48小時，得到黑色生成物；過濾、洗滌、干燥后得到氧化石墨烯。
2.根據權利要求I所述的氧化石墨烯的制備方法，其特征是農林副產物或碳水化合物純硫酸的質量比為1:100 1:10，硫酸溶液濃度為70% 100%，反應溫度為25 1201，反應時間為2 24小時。
3.根據權利要求I所述的氧化石墨烯的制備方法，其特征是所述的農林產物是指木頭、木屑、秸桿、果殼、稻殼、棉花、紙張或甘蔗渣的一種或兩種以上。
4.根據權利要求I所述的氧化石墨烯的制備方法，其特征是所述的碳水化合物為葡萄糖、蔗糖、淀粉或纖維素的一種或兩種以上。
5.根據權利要求I所述的氧化石墨烯的制備方法，其特征是所述的硫酸溶液為硫酸水溶液、硫酸乙醇溶液、硫酸甲醇溶液、硫酸甲基吡咯烷酮或硫酸N，N 二甲基甲酰胺溶液。
全文摘要
一種氧化石墨烯的制備方法，屬于化學合成技術領域，其特征是將農林副產物或碳水化合物按農林副產物或碳水化合物:硫酸=1:1000~1﹕5的質量比溶解在10%~100%濃度的硫酸溶液中，于0~200℃反應0.5~48小時，得到黑色生成物；過濾、洗滌、干燥后得到氧化石墨烯。本發明步驟簡單，易于操作，適合大規模工業化生產；原材料來源廣泛，且廉價；產率高，易于提純；反應條件溫和，能耗低。
文檔編號C01B31/04GK102674323SQ20121012507
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月26日 優先權日2012年4月26日
發明者肖衍和, 郭洪平 申請人:南昌大學