[发明专利]一种无褶皱石墨烯及制备方法

说明书

本发明属于石墨烯的制备方法技术领域，具体涉及一种无褶皱石墨烯及制备方法。本发明将石墨、金属盐类催化剂分散于含有羰基的反应溶剂中，置于反应釜中加热反应，制得石墨烯分散液，静置石墨烯分散液至分层，除去上层清液，将剩余部分酸洗后分散在有机溶剂中，超声、离心，收集上层悬浊液，干燥后得到无褶皱石墨烯。该方法得到的石墨烯平整、无褶皱，相较于“粗糙”有褶皱石墨烯，在抗氧化和导电性能方面具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于石墨烯的制备方法技术领域，具体涉及一种无褶皱石墨烯及其制备方法。

背景技术

石墨烯以良好的力学性能、电学性能和化学性能被广泛应用于电子器件、晶体管、功能复合材料和航空航天等领域。目前制备石墨烯的方法有氧化还原法、气相沉积法、剥离法、溶剂热法等，其中剥离法又包括机械剥离法、电化学剥离法、液相剥离法等。传统的氧化还原法制备得到的石墨烯缺陷较多，且使用的氧化剂主要是不易回收的浓硫酸、高锰酸钾等强氧化剂，对环境危害大；气相沉积法面临着高成本、工艺复杂等方面的挑战；机械剥离法较为费时，严重制约其在大规模生产石墨烯中的应用。

石墨烯的诸多性能都与其独特的几何构型有关，其中褶皱作为石墨烯的本质属性，对其性能产生重要影响。有关研究表明，褶皱会破坏石墨烯六边形对称晶格结构，导致产生电阻率，降低导电性；褶皱会引起石墨烯表面的构型变化，诱发其局部振动质量和表面应变能的变化，降低石墨烯的机械强度以及热导率。目前的相关石墨烯制备方法采用化学气相沉积法居多，该方法需要首先对衬底进行退火处理，再进行常压化学气相沉积使石墨烯单晶薄膜生长衬底表面，这种方法操作较为复杂，所需退火温度较高，对实验条件要求较高，且不易控制石墨烯的生长。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提供一种有机溶剂热法制备无褶皱石墨烯的方法。

为实现上述技术方案，本发明采用的技术方案为：

一种无褶皱石墨烯，所述无褶皱石墨烯由单层或多层石墨烯结构单元组成，在单层或者多层石墨烯表面无褶皱，层数不超过20层。

一种所述无褶皱石墨烯的制备方法，包括如下步骤：将石墨、金属盐类催化剂分散于含有羰基的反应溶剂中，置于反应釜中加热反应，制得石墨烯分散液，静置石墨烯分散液至分层，除去上层清液，将剩余部分酸洗后分散在有机溶剂中，超声、离心，收集上层悬浊液，干燥后得到无褶皱石墨烯。

该方法溶剂热法，相较于气相沉积法制备方法操作简单，实现反应的条件相对温和，不需要高温退火等精细操作；制备得到的石墨烯没有褶皱，能够应用于大规模制备石墨烯。

进一步，所述的金属盐类催化剂优选阳离子为Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Al³⁺、Cu²⁺、Cu⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Zn²⁺、Ca²⁺的卤化物、硫酸盐、硝酸盐、醋酸盐中的一种或者两种以上任意比例的混合物。实验发现在这些金属离子及合适溶剂的协同作用下可以得到无褶皱的石墨烯片层，而且得到的石墨烯在去除溶剂之后不容易重新堆叠形成石墨。

更进一步，所述含有羰基的反应溶剂是指含有羰基的酮或者醛的有机小分子，优选丙酮、环戊酮、环己酮、苯乙酮、N-甲基吡咯烷酮、甲基异丁基酮、4-庚酮、糠醛、苯甲醛、环己醛、苯乙醛、苯丙醛、桂醛中的一种或者两种以上任意比例的混合物。这些含有羰基的溶剂不但可以溶解催化剂，而且可以与催化剂起协同作用，进入石墨本体，共同促进石墨的剥离。