[发明专利]一种石墨烯水溶液的制备方法

说明书

本发明涉及石墨烯水溶液制备技术领域，具体公开了一种石墨烯水溶液的制备方法。所述的石墨烯水溶液的制备方法，其包含如下步骤：在反应容器中加入石墨烯粉体，然后加入氧化剂进行反应得混合液；将混合液过滤，并进行清洗得滤饼；将滤饼加入到水中，进行超声分散均匀即得所述的石墨烯水溶液。该方法制备过程简易，无需添加分散剂，安全环保，制备成本低，制备得到的石墨烯水溶液稳定性好，可以长时间保持。

技术领域

本发明涉及石墨烯水溶液制备技术领域，具体涉及一种石墨烯水溶液的制备方法。

背景技术

石墨烯是一种只有单层碳原子厚度的二维平面结构材料。在石墨烯的平面上，SP²杂化的碳原子按照蜂巢晶格紧密的排列。石墨烯在不同的形状下进行卷曲可以形成碳纳米管或是富勒烯，而其不断地堆叠又可形成三维的片层石墨。

石墨烯具有较大的理论比表面积(2630m²g^-1)，高载流子迁移率(2×10⁵cm²v^-1s^-1)，高杨氏模量(～1.0TPa)，高导热系数(～5000Wm^-1 K^-1)，高透光率(97.7％)和高导电性(6×10⁶S/m)。基于其优异的物理化学性质，石墨烯可广泛应用于涂料、复合材料、航空航天、新能源电池等领域。

石墨烯的疏水性是制约其进一步应用的一个巨大难题，由于理论上完美的石墨烯是只有一个碳原子的厚度的二维平面，它的比表面积非常大，导致其非常的不稳定，为了降低自身的能量，往往会产生团聚。现有解决石墨烯疏水性的常用方法是制备石墨烯水浆料，这种方法使用了分散剂，这些分散剂的添加会导致石墨烯性能变差，且制备出来的石墨烯水浆料也不是很稳定，容易发生片层之间的团聚。因此，提供一种无须添加分散剂就能够实现石墨烯分散且能够保持长时间稳定的石墨烯水溶液具有重要的应用价值。

发明内容

为了克服现有技术中存在的至少之一的技术问题，本发明提供了一种石墨烯水溶液的制备方法。该方法无须使用分散剂即可将石墨烯分散在水中，并且能够实现长时间的稳定。

本发明所要解决上述技术问题通过以下技术方案予以解决：

一种石墨烯水溶液的制备方法，其包含如下步骤：

在反应容器中加入石墨烯粉体，然后加入氧化剂进行反应得混合液；

将混合液过滤，并进行清洗得滤饼；

将滤饼加入到水中，进行超声分散均匀即得所述的石墨烯水溶液。

本发明通过氧化剂与石墨烯粉体进行反应，通过在石墨烯片层边缘碳原子上引入羟基、羧基等基团，提高了石墨烯的亲水性，使其能够稳定的分散在水中。

优选地，所述的氧化剂选自硝酸、硫酸、高锰酸、次氯酸、氯酸、亚氯酸、高氯酸、亚硝酸中的两种或者两种以上混合。

发明人在研究中表明，氧化剂的选择十分关键，氧化剂的选择不当会导致其对石墨烯六元环造成破坏，从而造成了石墨烯的缺陷，大大降低的石墨烯的质量；同时也不能使得石墨烯实现充分分散；发明人经大量的实验研究表明，当氧化剂选自硝酸、硫酸、高锰酸、次氯酸、氯酸、亚氯酸、高氯酸、亚硝酸中的两种或者两种以上混合时，仅仅对石墨烯进行了边缘氧化，并不会对石墨烯六元环造成破坏，在保证石墨烯能够充分分散的情况下也不会降低石墨烯质量。

优选地，石墨烯粉体与氧化剂的用量比为20～40mg：20～30mL。

优选地，所述的石墨烯粉体为单层含量＞50％且小于5层含量＞80％的石墨烯粉体。