一種大面積制備石墨烯卷的方法與流程

本發明屬于納米功能材料制備技術領域，具體涉及一種大面積制備石墨烯卷的方法。

背景技術：

石墨烯卷是一種石墨烯片通過螺旋卷曲形成的兼具碳納米管和石墨烯性能的新型材料，同時由于其兩端和卷層之間的開放結構，易于納米顆粒的卷曲包裹，所形成的復合材料在鋰離子電池負極材料有著巨大的應用潛力。

石墨烯納米卷的研究目前仍處于起步階段，如何大量、高轉化率地制備石墨烯納米卷仍然是學術界的一項研究難題，只有可以大量成功制備之后，才能真正實現其應用。目前，現有技術公開了多種制備石墨烯卷的方法，如申請號為201510006310.9的專利報道的一種制備石墨烯卷的方法。它的步驟如下：1)將氧化石墨烯原料溶于水，得到質量分數為0-1％的氧化石墨烯溶液；2)用化學還原法將上述氧化石墨烯溶液還原至黑色且分散均勻；3)還原后的石墨烯溶液用液氮或液氨快速冷凍至凝固后，轉移至冷凍干燥機中凍干；4)用化學還原法或高溫熱處理法將上述凍干樣品深度還原，得到石墨烯納米卷。

但目前為止沒有人報道過采用硫醇來合成石墨烯卷的方法。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種大面積制備石墨烯卷的方法，本發明提供的石墨烯卷的制備方法反應溫和、操作簡單、成本較低。

本發明的技術方案基于的原理是：通過硫醇與金的自組裝反應，硫醇能在金表面自發組裝形成一層緊密有序的膜，其會驅動氧化石墨烯邊緣從襯底上翹起，一旦翹起的邊緣接觸到石墨烯的其它部分,重疊部分的Π-Π相互作用就會降低氧化石墨稀總的自由能,其卷曲過程就會繼續進行下去,形成氧化石墨稀納米卷。

以氧化石墨烯為原料，采用LB膜儀制得單分子層的氧化石墨烯膜，再將其浸入到硫醇溶液中一定時間，即制得的氧化石墨烯卷；隨后用水合肼將其還原得到所述石墨烯卷；其具體步驟如下：

(1)通過Hummers方法制備出一定質量濃度的氧化石墨烯溶液；

(2)將步驟(1)制得的氧化石墨烯溶液與有機溶劑形成一定的配比；

(3)將步驟(2)制得的混合溶液量取一定體積逐滴滴到水表面，靜置一段時間待有機溶劑揮發完全后進行Langmuir-Blodgett實驗；

(4)將鍍有一定厚度金的硅片垂直浸入到步驟(3)中的水面；

(5)將步驟(4)中的硅片以一定速度提拉，待其自然晾干即可；

(6)將步驟(5)中的硅片浸入到硫醇溶液中一定時間即可形成氧化石墨烯卷；

(7)將步驟(6)中的氧化石墨烯卷用水合肼還原即可形成石墨烯卷。

優選的，步驟(1)所述的一定質量濃度的氧化石墨烯溶液的質量濃度為0.01％-5％。

優選的，步驟(2)中的有機溶劑為甲醇，甲苯或三氯甲烷中的一種。

優選的，步驟(2)中氧化石墨烯溶液與有機溶劑配比為1:1–1:20。

優選的，步驟(3)中氧化石墨烯溶液與有機溶劑的混合液的體積為0.01mL-5mL。

優選的，步驟(3)中混合溶液滴到水表面，靜置一段時間為1h–24h。

優選的，步驟(4)中硅片上鍍有5nm–60nm的金膜。

優選的，步驟(5)中以1mm/min-10mm/min的速度在水面提拉。

優選的，所述硫醇溶液為正辛硫醇，正十二硫醇，正十八硫醇等。

優選的，步驟(6)所述的硅片浸入到硫醇溶液形成氧化石墨烯卷的時間為1h–48h。

有益效果：采用本發明的技術方案與現有技術相比，本發明將在鍍有金的硅片上的單層氧化石墨烯與一定濃度的硫醇溶液發生反應，得到氧化石墨烯卷，其提供的石墨烯卷的制備方法反應條件溫和、成本較低、操作簡單。

附圖說明

圖1為本發明實施例1中制備得到的石墨烯卷的掃描電子顯微鏡圖；

圖2為本發明實施例2中制備得到的石墨烯卷的掃描電子顯微鏡圖；

圖3為本發明實施例3中制備得到的石墨烯卷的掃描電子顯微鏡圖。

圖4為本發明實施例3中制備得到的石墨烯卷的掃描電子顯微鏡圖。

具體實施方式

下面結合附圖通過具體實施例對本發明進行具體描述，本實施例只用于對本發明做進一步的說明，不能理解為對本發明保護范圍的限制，本領域的技術人員根據本發明的內容做出一些非本質的改變和調整，均屬于本發明的保護范圍。

石墨烯納米卷的制備方法的步驟如下：(1)將Hummers法制備的氧化石墨烯溶于水并攪拌，得到質量百分含量在0.1％到5％的氧化石墨烯溶液；其中，氧化石墨烯片尺寸為0.01μm²以上任意大小。

(2)量取體積為0.01mL-5mL的氧化石墨烯溶液與有機溶劑甲醇，甲苯或是三氯甲烷中的一種以1:1–1:50中的比例進行混合的混合溶液用來進行Langmuir-Blodgett實驗，將其逐滴滴入液面，靜置1h-48h。

(3)將鍍有厚度為5nm-60nm金的硅片垂直浸入到水面以下，以1mm/min-10mm/min速度提拉一次，待其自然晾干即可；

(4)將硅片浸入到正辛硫醇，正十二硫醇或者正十八硫醇等硫醇溶液中1h–48h即可形成氧化石墨烯卷；

(5)用現有的化學還原法將上述氧化石墨烯卷還原，得到還原石墨烯卷；其中，還原劑可以為水合肼溶液、氫碘酸溶液、抗壞血酸鈉溶液等具有還原性的溶液。還原時間、還原溫度以及還原劑的濃度可視氧化石墨烯的還原程度而定。

實施例1：

1)將氧化石墨烯原料溶于水稀釋10倍，并與甲醇溶液以1:5的比例混合，形成穩定的混合溶液；

2)將上述混合溶液量取10滴逐滴滴入水面并且靜置6小時；

3)將鍍有厚度為5nm-60nm金的硅片垂直浸入到水面以下，以1mm/min速度提拉，待其自然晾干即可；

4)將硅片浸入到3％正十八硫醇等硫醇溶液中24h即可形成氧化石墨烯卷；

5)用水合肼溶液將其還原得到石墨烯納米卷。

制得的石墨烯納米卷如圖1所示，石墨烯納卷具有不同方向的卷狀結構，長度在幾十微米到幾百微米不等。

實施例2：

1)將氧化石墨烯原料溶于水稀釋10倍，并與甲醇溶液以1:5的比例混合，形成穩定的混合溶液；

2)將上述混合溶液量取10滴逐滴滴入水面并且靜置6小時；

3)將鍍有厚度為5nm-60nm金的硅片垂直浸入到水面以下，以1mm/min速度提拉，待其自然晾干即可；

4)將硅片浸入到3％正十二硫醇等硫醇溶液中12h即可形成氧化石墨烯卷；

5)用水合肼溶液將其還原得到石墨烯納米卷。

制得的石墨烯納米卷如圖2所示，石墨烯納卷具有不同方向的卷狀結構，長度在幾十微米到幾百微米不等。

實施例3：

1)將氧化石墨烯原料溶于水稀釋10倍，并與甲醇溶液以1:5的比例混合，形成穩定的混合溶液；

2)將上述混合溶液量取10滴逐滴滴入水面并且靜置6小時；

3)將鍍有厚度為5nm-60nm金的硅片垂直浸入到水面中，以1mm/min速度提拉，待其自然晾干即可；

4)將硅片浸入到1％正辛硫醇等硫醇溶液中3h即可形成氧化石墨烯卷；

5)用水合肼溶液將其還原得到石墨烯納米卷。

制得的石墨烯納米卷如圖3所示，石墨烯納卷具有不同方向的卷狀結構，長度在幾十微米到幾百微米不等。

實施例4：

1)將氧化石墨烯原料溶于水稀釋10倍，并與甲醇溶液以1:5的比例混合，形成穩定的混合溶液；

2)將上述混合溶液量取10滴逐滴滴入水面并且靜置6小時；

3)將鍍有厚度為5nm-60nm金的硅片垂直浸入到水面中，以1mm/min速度提拉，待其自然晾干即可；

4)將硅片浸入到0.3％正辛硫醇等硫醇溶液中1h即可形成氧化石墨烯卷；

5)用水合肼溶液將其還原得到石墨烯納米卷。

制得的石墨烯納米卷如圖4所示，石墨烯納卷具有不同方向的卷狀結構，長度在幾十微米到幾百微米不等。

以上示意性地對本發明的創造及其實施方式進行了描述，本發明的保護范圍包括但不限于上述的描述。附圖中所示的也只是本發明創造的實施方式之一，實際的結構并不局限于此。所以，如果本領域的普通技術人員受到本實用新的啟示，在不脫離本發明的創造宗旨的情況下，不經創造性的設計出與本發明的技術方案相似的結構方式及實施例，均應屬于本專利的保護范圍。