本发明属于石墨烯领域,其公开了一种石墨烯的制备方法,包括步骤:在清洗干净的衬底表面涂覆固态碳源化合物;将涂覆固态碳源化合物的衬底放入反应室,密封后对抽真空至10
1.一种石墨烯的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:S1、将衬底清洗干净、干燥,并将固态碳源化合物涂覆在所述衬底表面,所述固态碳源化合物选自二茂铁、二茂钴、二茂镍及二茂锰中的至少一种;S2、将涂覆固态碳源化合物的所述衬底放入反应室,密封后对所述反应室抽真空至10^-3Pa以下,抽真空时间维持在1~30分钟,接着对所述衬底加热;S3、当所述衬底温度达到400~1300°C时,保温1~300分钟后,停止加热,随后冷却至室温,在所述衬底表面制得所述石墨烯。
2.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法,其特征在于,还包括如下步骤:S4、将步骤S3中制得的表面沉积有石墨烯的衬底放入稀酸溶液中浸泡
0.1~24小时,去除石墨烯中的杂质,随后用水清洗、烘干,获得纯净的石墨烯。
3.根据权利要求2所述的石墨烯的制备方法,其特征在于,所述稀酸溶液选自盐酸、硫酸及硝酸中的至少一种;所述稀酸溶液的摩尔浓度为
0.01~1mol/L。
4.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法,其特征在于,所述衬底选自铜箔、铁箔及镍箔中的至少一种。
5.根据权利要求1至4任一所述的石墨烯的制备方法,其特征在于,所述衬底的清洗包括依次用去离子水、乙醇、丙酮超声清洗。
6.根据权利要求5所述的石墨烯的制备方法,其特征在于,步骤S2中,在对所述反应室抽真空过程中,依次采用机械泵、罗茨泵及分子泵逐级将反应室抽至10^-3Pa以下。技术领域
本发明涉及石墨烯领域,尤其涉及一种采用固态碳源化合物制备石墨烯的方法。
背景技术
石墨烯是2004年英国曼彻斯特大学的安德烈·K·海姆(Andrexa0K.Geim)等发现的一种二维碳原子晶体,为单层或多层的极薄的碳材料。由于其独特的结构和光电性质使其成为碳材料、纳米技术、凝聚态物理和功能材料等领域的研究热点,吸引了诸多科技工作者。单层石墨烯具有大的比表面积,优良的导电、导热性能和低的热膨胀系数,可用于效应晶体管、电极材料、复合材料、液晶显示材料、传感器等。目前制备石墨烯的方法主要有石墨剥裂(Novoselovxa0Kxa0S,Geimxa0Axa0K,etxa0al.Sciencexa02004,306,666)、化学氧化还原法[Dxa0Axa0Dikin,etxa0al.Naturexa02007,448,457;Sashaxa0Stankovich,Dmitriyxa0Axa0Dikin,Richardxa0Dxa0Piner,etxa0al.Carbonxa02007,45,1558]、超声剥离法(Guohuaxa0Chen,Wenguixa0Weng,Dajunxa0Wu,etal.Carbon.2004,42,753)等。然而这些方法制备出的石墨烯的形状基本上都是不规则的,且层数无法控制。化学气相沉积法制备石墨烯薄膜的方法,是目前研究的热点;但该方法需要添加催化剂,且设备要求高,操作工艺复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对设备要求低、操作简单,且无需添加催化剂的石墨烯的制备方法。一种石墨烯的制备方法,包括如下步骤:S1、将衬底清洗干净、干燥,并将固态碳源化合物涂覆在所述衬底表面;S2、将涂覆固态碳源化合物的所述衬底放入反应室,密封后对所述反应室抽真空至10^-3pa以下,抽真空时间维持在1~30分钟,接着对所述衬底加热;S3、当所述衬底温度达到400~1300°C时,保温1~300分钟后,停止加热,随后冷却至室温,在所述衬底表面制得所述石墨烯。在上述步骤S3完成后,所获得的石墨烯是一种粗产品,该石墨烯中还包括固态碳源化合物反应后留下的杂质,为此,还需对步骤S3制得的石墨烯进一步纯化,故上述制备方法中还包括如下步骤:S4、将步骤S3中制得的表面沉积有石墨烯的衬底放入稀酸溶液中浸泡0.1~24小时,去除石墨烯中的杂质,随后用水清洗、烘干,获得纯净的石墨烯。上述制备方法中,所述稀酸溶液选址盐酸、硫酸及硝酸中的至少一种,且所述稀酸溶液的摩尔浓度为0.01~1mol/L;所述固态碳源化合物选自二茂铁、二茂钴、二茂镍及二茂锰中的至少一种;所述衬底选自铜箔、铁箔及镍箔中的至少一种。上述制备方法的步骤S1中,所述衬底的清洗包括依次用去离子水、乙醇、丙酮超声清洗。上述制备方法的步骤S2中,在对所述反应室抽真空过程中,依次采用机械泵、罗茨泵及分子泵逐级将反应室抽至10^-3pa以下。本发明提供的石墨烯的制备方法,工艺流程简单,反应中无需添加额外的催化剂,且工艺设备要求不高,其制备成本低廉,适合于工业化生产。
附图说明
图1为本发明石墨烯制备工艺流程图;图2为本实施例1制得石墨烯的SEM图。
具体实施方式
本发明提供的一种石墨烯的制备方法,如图1所示,包括如下步骤:S1、将衬底清洗干净、干燥,并将固态碳源化合物涂覆在所述衬底表面;S2、将涂覆固态碳源化合物的所述衬底放入反应室,密封后对所述反应室抽真空至10^-3Pa以下,抽真空时间维持在1~30分钟,接着对所述衬底加热;S3、当所述衬底温度达到400~1300°C时,保温1~300分钟后,停止加热,随后冷却至室温,在所述衬底表面制得所述石墨烯。在上述步骤S3完成后,所获得的石墨烯是一种粗产品,该石墨烯中还包括固态碳源化合物反应后留下的杂质,为此,还需对石墨烯进一步纯化,故上述制备方法中还包括如下步骤:S4、将步骤S3中制得的表面沉积有石墨烯的衬底放入稀酸溶液中浸泡0.1~24小时,去除石墨烯中的杂质,随后用水清洗、烘干,获得纯净的石墨烯。上述制备方法中,所述稀酸溶液选自盐酸、硫酸及硝酸中的至少一种,且所述稀酸溶液的摩尔浓度为0.01~1mol/L;所述固态碳源化合物攥着二茂铁、二茂钴、二茂镍及二茂锰中的至少一种;所述衬底选自铜箔、铁箔及镍箔中的至少一种。上述制备方法的步骤S1中,所述衬底的清洗包括依次用去离子水、乙醇、丙酮超声清洗。上述制备方法的步骤S2中,在对所述反应室抽真空过程中,依次采用机械泵、罗茨泵及分子泵逐级将反应室抽至10^-3Pa以下。本发明提供的石墨烯的制备方法,工艺流程简单,反应中无需添加额外的催化剂,且工艺设备要求不高,其制备成本低廉,适合于工业化生产。下面结合附图,对本发明的较佳实施例作进一步详细说明。实施例11.将铜箔用去离子水、乙醇、丙酮超声清洗后烘干,将二茂铁溶胶旋涂于铜箔表面;2.将涂覆二茂铁溶胶的铜箔放到反应室,并密封反应室;依次采用机械泵、罗茨泵及分子泵逐级将反应室抽至10^-3Pa以下,并保持10分钟后,关闭分子泵,开始对铜箔加热;3.当铜箔温度达到400°C时,保温不变,开始生成石墨烯;4.反应300分钟后,停止对铜箔加热,并冷却至室温,得到石墨烯粗产品;5.将步骤4中制得的表面沉积有石墨烯粗产品的铜箔放入浓度为1mol/L的稀硝酸浸泡0.1小时,去除二茂铁反应后生成的铁颗粒及其它杂质,然后用去离子水洗净,烘干,获得纯净的石墨烯。图2为本实施例1制得石墨烯的SEM图;从图中可以石墨烯二维薄膜状,厚度约为1-2nm,宽度约为0.5~5um,表面纯净且有明显褶皱形貌。实施例21.将铁箔用去离子水、乙醇、丙酮超声清洗后烘干,将二茂钴溶胶旋涂于铁箔表面;2.将涂覆二茂钴的铁箔放到反应室,并密封反应室,依次采用机械泵、罗茨泵及分子泵逐级将反应室抽至10^-3Pa以下,并保持30分钟后,关闭分子泵,开始对铁箔加热;3.当铁箔温度达到1300°C时,保温不变,开始生成石墨烯;4.反应1分钟后,停止对铁箔加热,并冷却至室温,得到石墨烯粗产品;5.将步骤4中制得的表面沉积有石墨烯粗产品的铁箔放入浓度为0.5mol/L的稀盐酸浸泡8小时,去除二茂钴反应后生成的钴颗粒及其它杂质,然后用去离子水洗净,烘干,获得纯净的石墨烯。实施例31.将镍箔用去离子水、乙醇、丙酮超声清洗后烘干,将二茂镍溶胶刮涂于镍箔表面;2.将涂覆二茂镍的镍箔放到反应室,并密封反应室,依次采用机械泵、罗茨泵及分子泵逐级将反应室抽至10^-3Pa以下,并保持1分钟后,关闭分子泵,开始对镍箔加热;3.当镍箔温度达到1000°C时,保温不变,开始生成石墨烯;4.反应100分钟后,停止对镍箔加热,并冷却至室温,得到石墨烯粗产品;5.将步骤4中制得的表面沉积有石墨烯粗产品的镍箔放入浓度为0.1mol/L的稀硫酸浸泡16小时,去除二茂镍反应后生成的镍颗粒及其它杂质,然后用去离子水洗净,烘干,获得纯净的石墨烯。实施例41.将铁箔用去离子水、乙醇、丙酮超声清洗后烘干,将二茂锰溶胶旋涂于铁箔表面;2.将涂覆有二茂锰的铁箔放到反应室,并密封反应室,依次采用机械泵、罗茨泵及分子泵逐级将反应室抽至10^-3pa以下,并保持20分钟后,关闭分子泵,开始对铁箔加热;3.当铁箔温度达到700°C时,保温不变,开始生成石墨烯;4.反应200分钟后,停止对铁箔加热,并冷却至室温,得到石墨烯粗产品;5.将步骤4中制得的表面沉积有石墨烯粗产品的铁箔放入浓度为0.01mol/L的稀盐酸浸泡24小时,去除二茂锰反应后生成的锰颗粒及其它杂质,然后用去离子水洗净,烘干,获得纯化的石墨烯。应当理解的是,上述针对本发明较佳实施例的表述较为详细,并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制,本发明的专利保护范围应以所附权利要求为准。