一種膨脹石墨紙的制備方法技術

本發(fā)明專利技術屬于石墨烯制備技術領域，涉及一種膨脹石墨紙的制備方法。1）將石墨紙浸入低溫液體中，保持30秒?~5分鐘以后，將其取出；2）再迅速浸入到高溫液體中，利用急劇的氣體析出和液體的固化作用使石墨紙中的片層發(fā)生快速膨脹；3）待膨脹過程結束后，將膨脹石墨紙取出，再水洗、干燥得到可用于電化學剝離的膨脹石墨紙。掃描電鏡（SEM）觀察發(fā)現(xiàn)，處理后的膨脹石墨紙形貌發(fā)生了明顯改變，表面出現(xiàn)褶皺，邊緣結構被破壞，為后續(xù)在電化學剝離過程中電解液向石墨紙內的浸潤提供了有利條件。石墨烯產(chǎn)率達80%以上，為石墨烯的大批量產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供了可能。

Method for preparing expanded graphite paper

The invention belongs to the technical field of the preparation of graphene, and relates to a preparation method of expanded graphite paper. 1) the graphite paper immersed into low-temperature liquid, after 30 seconds ~5 minutes, remove it; 2) and then quickly immersed into the liquid, the lamellar graphite paper in the rapid expansion of the curing effect of gas evolution and rapid liquid; 3) to be expanded after the end of the process, the expanded graphite remove the paper, and then washing, drying can be used for electrochemical stripping of expanded graphite paper. Scanning electron microscopy (SEM) were observed after treatment of expanded graphite paper morphology changed obviously, surface wrinkles, edge structure was destroyed, as in the subsequent electrochemical stripping process to electrolyte infiltration in the graphite paper provided favorable conditions. The yield of graphene is more than 80%, which provides the possibility for the mass production of graphene.

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術屬于石墨烯制備
，具體涉及一種膨脹石墨紙的制備方法。
技術介紹
2004年，英國曼徹斯特大學的Andre Geim教授和他的同事們通過機械剝離高定向熱解石墨（HOPG）的方法首次制備得到了石墨烯。該發(fā)現(xiàn)推翻了完美二維晶體不可能在非絕對零度下穩(wěn)定存在的論斷，具有里程碑式的意義。此后，石墨烯優(yōu)異的力學性質、熱學性質、電學性質和光學性質等也很快被發(fā)現(xiàn)。石墨烯具有超大的理論比表面積和上述獨特的物化性能，使其成為國際自然科學的研究熱點之一。迄今為止，多種石墨烯的制備方法被相繼報道出來，較為常見的方法有：機械剝離法、外延生長法、化學氣相沉積法（CVD）、氧化還原法，以及液相剝離法等。其中，通過機械剝離或外延生長得到的石墨烯具有較高的晶體質量，但是產(chǎn)率十分有限；CVD法具有成膜質量高、面積大等特點，但合成溫度高、基底要求苛刻、需要后續(xù)轉移等缺點限制了該方法的進一步應用?；贖ummers、Brodie和Staudenmaier法的氧化還原法是目前普遍采用的一種可實現(xiàn)大量制備的方法，但強酸和強氧化劑的引入會破壞石墨烯的本征結構，導致產(chǎn)物缺陷增多，性能大幅降低。近來，電化學剝離法因其簡單、快速、無強酸和氧化劑、以及環(huán)保和能夠大量制備等優(yōu)勢引起了極大地關注。該方法的原理是將高純石墨紙作為陽極，在弱酸弱堿環(huán)境中對其進行電化學剝離得到石墨烯。但是由于普通商用石墨紙在制作過程中需要經(jīng)過軋制，導致其結構非常致密，如果直接使用，其電化學剝離的效率很低，石墨烯的產(chǎn)率不到20%。因此，如果能夠通過對現(xiàn)有商用石墨紙進行再處理，進一步提高其在電化學剝離中的效率和產(chǎn)率，對于石墨烯的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)非常重要。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術所要解決的技術問題在于提供一種膨脹石墨紙的制備方法。該方法具有對石墨紙的膨脹效果明顯，耗時少，操作簡單，對環(huán)境友好。使用該石墨紙制備石墨烯時，能提高石墨烯電化學剝離效率，石墨烯產(chǎn)率達80%以上。本專利技術采用的具體技術方案如下：1）將石墨紙浸入低溫液體中，保持30秒 ~ 5分鐘以后，將其取出；2）再迅速浸入到高溫液體中，利用急劇的氣體析出和液體的固化作用使石墨紙中的片層發(fā)生快速膨脹；3）待膨脹過程結束后，將膨脹石墨紙取出，再水洗、干燥得到可用于電化學剝離的膨脹石墨紙。所述的石墨紙?zhí)己俊?9wt%；所述的低溫液體為液氧、液氮、液氬、液體二氧化碳、液化天然氣或者它們的混合液體等；所述的高溫液體為水、乙醇、鹽酸、硫酸或者它們的混合溶液，其溫度范圍為常溫~沸點溫度。本專利技術制備的膨脹石墨紙，膨脹效果明顯，另外由于邊緣結構遭到破壞，為后續(xù)在電化學剝離過程中電解液向石墨紙內的浸潤提供了有利條件，使得剝離效率得以大大提高。與普通商用石墨紙相比，本膨脹石墨紙的處理方法具有操作簡單，安全高效，能耗低，且對環(huán)境友好，石墨烯產(chǎn)率達80%以上等特點。是一種快速綠色的制備方法，為石墨烯大批量產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供了可能。附圖說明圖1 石墨紙?zhí)幚砬昂蟮恼媾c側面對比圖：(a)(b)處理前；(c)(d)處理后。圖2 石墨紙?zhí)幚砬昂蟮膾呙桦婄R（SEM）微觀形貌對比圖：(a)(b)處理前；(c)-(f)處理后。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本專利技術做進一步闡述，但并不因此將本專利技術限制在所述的實施例范圍之內。實施例1首先將石墨紙浸入液氮（-196℃）中，1分鐘以后將其取出，再迅速浸入到沸騰（100℃）的純水中，利用急劇的析氮和水的固化作用使石墨片層發(fā)生快速膨脹，待膨脹過程結束，將其取出，水洗、干燥得到處理后的膨脹石墨紙。利用該石墨紙為原料（16.0 g）進行電化學剝離，即在1 Mol/L的硫酸溶液中，在石墨電極上施加3V的正向電壓，石墨迅速剝離為石墨烯。最終可得到石墨烯產(chǎn)物14.2 g，產(chǎn)率為88.8 %。由附圖1可以看出，實施例1中處理后的石墨紙膨脹效果明顯。由附圖2可以看出，與原始石墨紙相比較，實施例1中處理后的膨脹石墨紙的微觀形貌發(fā)生了明顯改變，即：表面出現(xiàn)褶皺，邊緣結構遭到破壞，為后續(xù)的電化學剝離過程中電解液向石墨紙內的浸潤提供了有利條件。實施例2首先將石墨紙浸入液態(tài)氧（-183℃）中，1分鐘以后將其取出，再迅速浸入到常溫（20℃）的乙醇中，利用急劇的析氧和乙醇的固化作用使石墨片層發(fā)生快速膨脹，待膨脹過程結束，將其取出，水洗、干燥得到處理后的膨脹石墨紙。利用該石墨紙為原料（17.3 g）進行剝離，即在1 Mol/L的硫酸溶液中，在石墨電極上施加3V的正向電壓，石墨迅速剝離為石墨烯。最終可得到石墨烯產(chǎn)物14.4 g，產(chǎn)率為83.2 %。實施例3首先將石墨紙浸入液體二氧化碳（-37℃）中，5分鐘以后將其取出，再迅速浸入到沸騰（100℃）的純水中，利用二氧化碳急劇的析出和水的固化作用使石墨片層發(fā)生快速膨脹，待膨脹過程結束，將其取出，水洗、干燥得到處理后的膨脹石墨紙。利用該石墨紙為原料（12.0 g）進行剝離，即在1 Mol/L的硫酸溶液中，在石墨電極上施加3V的正向電壓，石墨迅速剝離為石墨烯。最終可得到石墨烯產(chǎn)物9.8 g，產(chǎn)率為81.7 %。實施例4首先將石墨紙浸入液氮（-196℃）中，30秒以后將其取出，再迅速浸入到常溫（20℃）的稀鹽酸溶液中，利用急劇的析氮和鹽酸溶液的固化作用使石墨片層發(fā)生快速膨脹，待膨脹過程結束，將其取出，水洗、干燥得到處理后的膨脹石墨紙。利用該石墨紙為原料（15.2 g）進行剝離，即在1 Mol/L的硫酸溶液中，在石墨電極上施加3V的正向電壓，石墨迅速剝離為石墨烯。最終可得到石墨烯產(chǎn)物12.9 g，產(chǎn)率為84.8 %。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種膨脹石墨紙的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：1）將石墨紙浸入低溫液體中，保持30秒?~?5分鐘以后，將其取出；2）再迅速浸入到高溫液體中，利用急劇的氣體析出和液體的固化作用使石墨紙中的片層發(fā)生快速膨脹；3）待膨脹過程結束后，將膨脹石墨紙取出，再水洗、干燥得到可用于電化學剝離的膨脹石墨紙。

【技術特征摘要】
1.一種膨脹石墨紙的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：1）將石墨紙浸入低溫液體中，保持30秒 ~ 5分鐘以后，將其取出；2）再迅速浸入到高溫液體中，利用急劇的氣體析出和液體的固化作用使石墨紙中的片層發(fā)生快速膨脹；3）待膨脹過程結束后，將膨脹石墨紙取出，再水洗、干燥得到可用于電化學剝離的膨脹石墨紙。2.根據(jù)權利要求1...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：潘春旭，龔佑寧，胡艷，
申請(專利權)人：武漢大學，
類型：發(fā)明
國別省市：湖北;42