石墨烯制備方法

1、1、化學(xué)還原石墨烯氧化物法（推薦）試劑：石墨粉濃硫酸高錳酸鉀水合肼5%雙氧水鹽酸氫氧化鈉儀器：超聲儀離心儀實(shí)驗(yàn)步驟：氧化石墨制備：將10g石墨230mL98%濃硫酸混合置于冰浴中，攪拌30min使其充分混合。稱取40gKMnO,加入上述混合液繼續(xù)攪拌1h后移入40oC溫水浴中繼續(xù)攪拌30min用蒸餾水將反應(yīng)液（控制溫度在100oC以下）稀釋至800-1000mL。后加適量5%HO22趁熱過(guò)濾，用5%HCl和蒸餾水充分洗滌至接近中性。最后過(guò)濾、洗滌在60oC下烘干得到氧化石墨樣品。石墨烯制備:稱取上述氧化石墨0.05g加入到100mLpH=11的NaOH溶液中在150W下超聲90min制備氧化石

2、墨烯分散液。在4000r/min下離心3min除去極少量未剝離的氧化石墨。向離心后的氧化石墨烯分散液中加入0.1mL水合肼，在90oC反應(yīng)2h得到石墨烯分散液，密封靜置數(shù)天觀察其分散效果。2、微波法（推薦）試劑：石墨NH4S2O8H2O2儀器：超聲儀實(shí)驗(yàn)步驟：將石墨與NH4s2O8及H2O2在超聲下混合，然后進(jìn)行微波反應(yīng),成功制備了石墨烯。他們指出該過(guò)程包括兩步反應(yīng)。首先,NH4s2O8在微波下發(fā)生了分解產(chǎn)生了氧自由基，在氧自由基的誘導(dǎo)下，石墨納米片被切開(kāi)。然后H2O2分解并插入石墨納米片層間從而導(dǎo)致石墨烯的剝離。3、化學(xué)氣相沉積法試劑：二氧化硅/硅鎳甲烷氫氣氬氨氣儀器：馬福爐實(shí)驗(yàn)步驟：Kim

3、等首先在SiO2/Si基底上沉積一層100-500nm厚的金屬鎳薄層,然后在1000oC及高真空下,以甲烷、氫氣及氬氣混合氣為反應(yīng)氣,在較短的時(shí)間內(nèi)制備了石墨烯。Wei等采用甲烷和氨氣為反應(yīng)氣，一步法直接合成了氮摻雜的石墨烯。在該氮摻雜的石墨烯中氮原子采取“石墨化”、“吡咯化”及“吡啶化”這三種摻雜方式。該法是大規(guī)模制備大尺寸、高質(zhì)量石墨烯的最有希望的方法之一。但目前還不是很完善,還有待于進(jìn)一步的研究。4、溶劑熱法試劑：石墨烯氧化物水乙醇正丁醇乙烯醇?xì)溲趸c儀器：實(shí)驗(yàn)步驟：通過(guò)溶劑熱方法在較低的溫度下實(shí)現(xiàn)了對(duì)石墨烯氧化物的還原。他們嘗試了水、乙醇、正丁醇及乙烯醇等不同的溶劑對(duì)溶劑熱反應(yīng)的影響。

4、發(fā)現(xiàn)在堿性條件下通過(guò)簡(jiǎn)單的水熱合成法,可以得到穩(wěn)定的石墨烯水分散液。5機(jī)械剝離法原料：石墨；SiO2/Si；Si晶片；丙酮；丙醇；儀器：顯微鏡；超聲波分散儀；實(shí)驗(yàn)步驟：其方法主要是用氧等離子束在高取向熱解石墨（HOPG）表面刻蝕出寬20Hm-20mm、深5Hm的槽面，并將其壓制在附有光致抗蝕劑的SiO2/Si基底上,焙燒后,用透明膠帶反復(fù)剝離-出多余的石墨片，剩余在Si晶片上的石墨薄片浸泡于丙酮中，并在大量的水與丙醇中超聲清洗，去除大多數(shù)的較厚片層后得到厚度小于10nm的片層,最后在原子力顯微鏡下挑選出厚度僅有幾個(gè)單原子層厚的石墨烯片。6、其他方法碳納米管軸切割法電化學(xué)還原法電弧放電法外延生長(zhǎng)

5、法液相剝離石墨法13氧化還原法目前,氧化還原法以其低廉的成本且容易實(shí)現(xiàn)規(guī)?；膬?yōu)勢(shì)成為制備石墨烯的最佳方法,而且可以制備穩(wěn)定的石墨烯懸浮液,解決了石墨烯不易分散的問(wèn)題。氧化還原法是指將天然石墨與強(qiáng)酸和強(qiáng)氧化性物質(zhì)反應(yīng)生成氧化石墨（GO）,經(jīng)過(guò)超聲分散制備成氧化石墨烯（單層氧化石墨）,加入還原劑去除氧化石墨表面的含氧基團(tuán),如羧基、環(huán)氧基和羥基,得到石墨烯。氧化還原法被提出后，以其簡(jiǎn)單易行的工藝成為實(shí)驗(yàn)室制備石墨烯的最簡(jiǎn)便的方法,得到廣大石墨烯研究者的青睞。Ruoff等89發(fā)現(xiàn)通過(guò)加入化學(xué)物質(zhì)例如二甲肼、對(duì)苯二酚、硼氫化鈉（NaBH4）和液肼等除去氧化石墨烯的含氧基團(tuán)，就能得到石墨烯。氧化還原法被

6、提出后,以其簡(jiǎn)單易行的工藝成為實(shí)驗(yàn)室制備石墨烯的最簡(jiǎn)便的方法,得到廣大石墨烯研究者的青睞。Ruoff等89發(fā)現(xiàn)通過(guò)加入化學(xué)物質(zhì)例如二甲肼、對(duì)苯二酚、硼氫化鈉（NaBH4）和液肼等除去氧化石墨烯的含氧基團(tuán)，就能得到石墨烯。氧化還原法可以制備穩(wěn)定的石墨烯懸浮液,解決了石墨烯難以分散在溶劑中的問(wèn)題。石墨烯具有極大的比表面積,容易發(fā)生不可逆團(tuán)聚,一旦團(tuán)聚,石墨烯粉末也很難分散于溶劑中。研究表明,石墨烯在環(huán)戊酮中分散性最好,但可分散濃度也只有85g/mL,要拓展石墨烯在噴涂和液液自組裝等領(lǐng)域的應(yīng)用,就需要制備穩(wěn)定的石墨烯懸浮液。Li等10通過(guò)用氨水調(diào)節(jié)溶液的pH為10左右,控制石墨烯層間的靜電作用,制備

7、出了在水中穩(wěn)定分散的石墨烯懸浮液而且擁有相當(dāng)高的電導(dǎo)率（72005/山）。氧化還原法唯一的缺點(diǎn)是制備的石墨烯存在一定的缺陷，例如，五元環(huán)、七元環(huán)等拓?fù)淙毕莼虼嬖贠H基團(tuán)的結(jié)構(gòu)缺陷,這些將導(dǎo)致石墨烯部分電學(xué)性能的損失,使石墨烯的應(yīng)用受到限制,但是這種制備方法簡(jiǎn)便且成本較低,不僅可以制備出大量石墨烯懸浮液,而且有利于制備石墨烯的衍生物,拓展了石墨烯的應(yīng)用領(lǐng)域。4溶劑剝離法溶劑剝離法是最近兩年才提出的,它的原理是將少量的石墨分散于溶劑中,形成低濃度的分散液,利用超聲波的作用破壞石墨層間的范德華力,此時(shí)溶劑可以插入石墨層間,進(jìn)行層層剝離,制備出石墨烯。此方法不會(huì)像氧化還原法那樣破壞石墨烯的結(jié)構(gòu),可以制

8、備高質(zhì)量的石墨烯。劍橋大學(xué)Hernandez等1發(fā)現(xiàn)適合剝離石墨的溶劑最佳表面張力應(yīng)該在4050mJ/m2,并且在氮甲基吡咯烷酮中石墨烯的產(chǎn)率最高（大約為8%）,電導(dǎo)率為65005/山。進(jìn)而B(niǎo)arron等12研究發(fā)現(xiàn)高定向熱裂解石墨、熱膨脹石墨和微晶人造石墨適合用于溶劑剝離法制備石墨烯。溶劑剝離法可以制備高質(zhì)量的石墨烯,整個(gè)液相剝離的過(guò)程沒(méi)有在石墨烯的表面引入任何缺陷,為其在微電子學(xué)、多功能復(fù)合材料等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了廣闊的應(yīng)用前景。唯一的缺點(diǎn)是產(chǎn)率很低,限制它的商業(yè)應(yīng)用。15溶劑熱法溶劑熱法是指在特制的密閉反應(yīng)器（高壓釜）中,采用有機(jī)溶劑作為反應(yīng)介質(zhì),通過(guò)將反應(yīng)體系加熱至臨界溫度（或接近臨界溫度）,在反應(yīng)體系中自身產(chǎn)生高壓而進(jìn)行材料制備的一種有效方法。Choucai13用溶劑熱法解決了規(guī)?；苽涫┑膯?wèn)題,同時(shí)也帶來(lái)了電導(dǎo)率很低的負(fù)面影響。為解決由此帶來(lái)的不足,研究者將溶劑熱