[发明专利]一种采用含过氧化氢催化体系的氧化石墨烯制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯技术领域，具体涉及一种氧化石墨烯制备方法。

技术背景

石墨烯是由碳原子以sp²杂化形式构成的蜂窝状平面薄膜，只有一个原子层厚度的准二维材料，又称为单原子层石墨。石墨烯的结构特点，使其具有良好的强度、柔韧、导电、导热、光学等性能，广泛应用于各个领域。氧化石墨烯是石墨烯的氧化物，具有较高的比表面积和表面丰富的官能团。目前，氧化石墨烯的制备方法主要为改进的hummer法等，hummer等方法制备中都使用了浓硫酸、高氯酸、浓硝酸等强酸及高锰酸钾等强氧化剂。使得制备过程危险性高、污染严重、成本高，并且制备过程繁琐、效率较低。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种采用含过氧化氢催化体系的氧化石墨烯制备方法。本发明所述氧化石墨烯的制备方法，具体步骤如下：

（1）原料预处理：将石墨和水溶液混合均匀后，调节体系pH值，升温，得到酸性混合物料；

（2）氧化：将酸性混合物料降温后，加入含过氧化氢催化体系、去离子水进行反应，得到氧化石墨溶液；

（3）水洗：离心、水洗氧化石墨溶液至中性；

（4）超声：将步骤（3）所得溶液进行稀释，超声，冷冻干燥得到氧化石墨烯产品。

其中：

步骤（1）中，含过氧化氢催化体系为芬顿试剂或类芬顿试剂。

步骤（1）中，所述的石墨为鳞片石墨或者膨胀石墨或者预氧化石墨。因为膨胀石墨和初步氧化石墨结构疏松，片层间距较大，有利于氧化反应的进行，且片层易于剥离。

步骤（1）中，所述的pH值的范围为2~5。优选的，pH值为3。

步骤（1）中，所述的反应温度为50~90℃，反应时间为1~8 h。

步骤（2）中，所述降温至30~70℃，反应时间为2~24h。反应温度过高，使得芬顿试剂湮灭，影响石墨的氧化程度；反应温度过低，使得芬顿试剂或类芬顿试剂利用率低。

步骤（2）中，所述的芬顿试剂为过氧化氢（以下简称：H₂O₂）/硫酸亚铁（以下简称：FeSO₄）体系，H₂O₂与FeSO₄的质量之别为7:1~11:1；所述的类芬顿试剂为过氧化氢和Fe₃O₄/β-CD或Fe/Cu/HMS、Si/Al/@Fe/MWCNT或Fe₃O₄/Al-Fe-P-B或CuFe₂O₄NPs或EGCG/Fe₃O₄或β-FeOOH/rGO或α-（Fe、Cu）OOH催化剂。优选的，H₂O₂与FeSO₄的质量之别为8:1。

步骤（2）中，所述反应体系在水浴条件下或水浴和紫外灯照射条件下或水浴和超声条件下或电化学氧化还原条件下。优选的，体系反应在水浴和紫外灯照射条件下或水浴和超声条件下或电化学氧化还原条件下。

步骤（4）中，所述的氧化石墨稀释浓度为0.5~2 g/L，所述超声时间为0.5~5 h。优选的，所述氧化石墨稀释浓度为1 g/L。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明使用的绿色芬顿试剂为氧化剂，反应速度快，反应条件温和，设备简单，能耗小，氧化过程中不引入其他杂质，未反应完H₂O₂会自行分解，不会引起二次污染。芬顿试剂产生的羟基自由基与碳碳双键发生加成反应，对氧化石墨烯的网状结构破坏较小，有利于制备导电率高的石墨烯；羟基自由基体积较小，易于插入石墨片层，增加了层与层之间的间距，便于制备出单层率高的氧化石墨烯。

具体实施方式

实施例1

所述一种采用含过氧化氢催化体系的氧化石墨烯制备方法，步骤如下：

（1）原料预处理：将1 g鳞片石墨和去离子混合均匀后，调节体系pH=4值，升温至85℃反应1h，得到酸性混合物料；

（2）氧化：将酸性混合物料降温至60℃，加入芬顿试剂、去离子水，在水浴下反应2 h，得到氧化石墨溶液，所述芬顿试剂：H₂O₂与FeSO₄的质量之别为8:1；

（3）水洗：离心、水洗氧化石墨溶液至中性；