[发明专利]一种多层剥离花状结构的氧化石墨制备方法

说明书

本发明提供了一种多层剥离花状结构氧化石墨的制备方法，是将石墨、鳞片石墨、氧化石墨等碳材料先经浓硫酸进行预氧化处理后，再在浓硫酸和浓硝酸的混合溶液中，以氯酸盐为氧化剂进行缓慢氧化剥离，得到具有多层剥离结构的氧化石墨。经扫描电镜测试显示，本发明制备的氧化石墨片层较大，具有很好的层层剥离效果，并且具有极大的比表面积，约为200~300μm，可作为一种优良的复合材料填充剂来应用，在氧化石墨相关的复合材料中具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种氧化石墨的制备方法，尤其一种多层剥离花状结构氧化石墨制备方法，属于纳米材料技术领域。

背景技术

石墨是由六方环网状排列的碳原子层以平行堆叠的方式构成的具有典型层状晶体结构的物质，碳原子层之间是通过范德华力作用，层间距为0.335nm。一般地，石墨通过强酸和强氧化剂氧化处理之后，石墨片层中的碳原子层会被剥离成单层或多层的层间化合物，通常称之为氧化石墨。经过氧化处理得到的氧化石墨结构层中的碳原子和含氧集团键合，使得结构中碳原子的杂化类型改变，同时层间距增大至0.6~1.2nm。氧化石墨层间距的增大会导致范德华力的大大减弱，层层之间相互作用减弱，使得结构层之间实现剥离。

层状共价化合物氧化石墨的化学制备方法主要有Hummers，Brodie，Staudenmaier法；这些方法都是通过强酸处理石墨得到氧化石墨，得到的氧化石墨表面含有丰富的含氧官能团，如-OH、-C-O-C-和-COOH等，表现出较强的极性，在水中能够稳定的分散。

氧化石墨原料易得，成本低廉，且具有良好的物理和化学性能。如今，氧化石墨除了作为通过“氧化还原化学法”制备石墨烯的中间产物，广泛应用于制备廉价的石墨烯和功能化石墨烯外，其本身也作为一种优良的复合材料填充剂来应用。氧化石墨优良的特性可赋予其复合材料优异的性能，氧化石墨大的比表面积，形成的复合材料其强度和吸附性能得到增强。另外氧化石墨上丰富的氧化位点给复合材料的研究提供了新的思路；深入研究不同形貌氧化石墨的制备和结构分析，对于氧化石墨的制备和应用研究具有重要的理论和实际意义。

发明内容

本发明的目是提供一种具有多层剥离花状结构的氧化石墨制备方法。

本发明一种多层剥离花状结构的氧化石墨制备方法，包括以下工艺步骤：

（1）碳材料的预氧化：将碳材料分散于浓硫酸中，加入K₂S₂O₈，加热至80~85℃，恒温搅拌反应4~5h，得到均一的预氧化产物；反应过程中，浓硫酸溶液提供一个氧化环境，过硫酸钾作为氧化剂进行插层，降低石墨烯层间范德华力，增大石墨烯片层之间的距离；冷却至室温，所得产物分散于超纯水中，过滤，乙醇和超纯水洗涤，干燥，得预氧化碳材料。

所述碳材料为石墨，鳞片石墨，氧化石墨中的一种。

所述浓硫酸的质量百分比浓度为95~98%，浓硫酸的用量为碳材料质量的90~100%。

所述硫代硫酸钾（K₂S₂O₃）加入量为碳材料质量的70~75%。

（2）多层剥离花状结构氧化石墨的制备：将预氧化碳材料加入到浓硫酸和浓硝酸的混酸溶液中，在0~5℃下搅拌10~15min使反应物混合均匀；然后向其中缓慢加入氯酸钾，室温下搅拌反应100~120h；所得产物分散于超纯水中，过滤，乙醇和超纯水洗涤，干燥，得到多层剥离花状结构氧化石墨。

所述浓硫酸的质量百分比浓度为95~98%，浓硝酸的质量分数为63~68%；浓硫酸与浓硝酸的体积比为2:1~2.5:1，这两种酸的存在不仅共同提供了氧化环境，并且浓硝酸的加入可以避免在氧化过程中因反应反应体系中浓硫酸粘稠而出现的氧化不充分的现象。