阅读说明：本技术 一种电解法制备石墨烯的制备方法 (Preparation method for preparing graphene by electrolytic method ) 是由 赵宁 于 2019-08-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种电解法制备石墨烯的制备方法,采用高纯石墨板为此电解制备法的阴阳极,一个阴极石墨板与一个阳极石墨板构成一个电解,配制浓度为0.6%的磷酸氢二铵水溶液,加入电解池中使溶液的体积占容器体积的80%,将高纯石墨板作为电解池的阴阳极放入电解池中,高纯石墨电极板上连接导线,阳极连接12V直流电源的正极,阴极连接12V直流电源的负极,进行电解反应。本发明中,其制备石墨烯的成本较低,并且工艺简单,能够实现快速高效的制备石墨烯,便于大规模工业化生产,其次对比与市场上采用氧化还原法制备石墨烯,品质更高,保证石墨烯的性能,并且利用此电解法制备出的石墨烯1-10层的产量占总产量的68%,10-20层石墨烯的产量占总产量的32%。(The invention discloses a preparation method for preparing graphene by an electrolytic method, which adopts a high-purity graphite plate as a cathode and an anode of the electrolytic preparation method, wherein a cathode graphite plate and an anode graphite plate form electrolysis, a diammonium hydrogen phosphate aqueous solution with the concentration of 0.6% is prepared, the solution is added into an electrolytic cell to enable the volume of the solution to account for 80% of the volume of a container, the high-purity graphite plate is used as the cathode and the anode of the electrolytic cell and is placed into the electrolytic cell, a lead is connected to the high-purity graphite electrode plate, the anode is connected with the anode of a 12V direct current power supply, and the cathode is connected with the cathode of the 12V direct current power supply. According to the invention, the cost for preparing graphene is low, the process is simple, the graphene can be quickly and efficiently prepared, the large-scale industrial production is facilitated, the quality is higher compared with that of the graphene prepared by adopting a redox method in the market, the performance of the graphene is ensured, the yield of 1-10 layers of graphene prepared by utilizing the electrolytic method accounts for 68% of the total yield, and the yield of 10-20 layers of graphene accounts for 32% of the total yield.)

一种电解法制备石墨烯的制备方法

技术领域

本发明涉及石墨烯的制备技术领域，尤其涉及一种电解法制备石墨烯的制备方法。

背景技术

石墨烯是一种单层二维蜂窝状晶格结构的碳纳米材料，其基本结构为有机材料中最稳定的六元碳环，碳原子通过sp2杂化，与周围的碳原子分别形成δ键，碳原子最外层剩余的p电子轨道垂直于石墨烯片层形成一个大Π键，石墨烯的理论厚度仅为0.335nm，是自然界已知材料中最薄的，因此其理论比表面积极大。2016年新国标规定:片层小于10称为石墨烯，大于10层称为石墨烯纳米片。石墨烯具有优良的力学性能和电学性能，在电子了一种由石墨原矿电解法制备石墨烯学、光学、磁学、生物学等方面有广泛的应用前景。石墨烯的制备方法不只一种，就目前情况而言，主要有四种：微机械剥离法、碳化硅外延生长法、化学气相沉积法（CVD）、氧化还原法。

微机剥离法是最早出现的石墨烯制备方法，利用胶带多次撕揭高定向热解石墨，然后将得到的带有石墨薄片的胶带粘贴到硅片等目标基体上，最后用丙酮等溶剂去除胶带，从而在硅片等基体上得到单层和少层的石墨烯。虽然此方法制备出的石墨烯质量较高，但是制备方法繁琐费时，周期很长，无法规模化生产。

而碳化硅外延生长法是在在超高真空环境和高温下,，通过加热碳化硅衬底，使其中的硅原子升华， 留下的富C碳原子表面则石墨化， 重构形成石墨烯层。此方法工艺复杂，实验要求较高且成本高，不适用与工业化的大规模生产。

氧化还原法是借助超声或者高速离心将石墨氧化后得到分散于溶液中的氧化石墨烯，再经过还原后，得到单层或多层的石墨烯。此方法涉及到氧化反应、还原反应等过程，最终得到的石墨烯仍会含有部分为反应完全的含氧官能团，这些官能团的存在会破坏石墨烯片层的电子结构，从而影响石墨烯的性能。

化学气相沉积法（CVD）是利用甲烷等含碳化合物作为碳源，通过其在基体表面的高温分解生长石墨烯。虽然此方法制备的石墨烯材料尺寸较大，但是制备的石墨烯的层数难以控制限了其应用而且成本高，因此同样难以规模化生产。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种电解法制备石墨烯的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种电解法制备石墨烯的制备方法 ，包括以下步骤：

（1）采用高纯石墨板为此电解制备法的阴阳极，一个阴极石墨板与一个阳极石墨板构成一个电解；

（2）配制浓度为0.6%的磷酸氢二铵水溶液，加入电解池中使溶液的体积占容器体积的80% ；

（3）将高纯石墨板作为电解池的阴阳极放入电解池中，调节电极位置使电解液完全没过石墨电极板，高纯石墨电极板上连接导线，阳极连接12V直流电源的正极，阴极连接12V直流电源的负极，进行电解反应；

（4）3-5个小时后，黑色的石墨片会像洋葱皮一样从阳极石墨棒上片状剥落，整个电解过程中，阴极石墨棒上不断的产生气泡，阴极的石墨棒没有受到腐蚀，完好无损；

（5）反应完毕后将得到的黑色的产物，用蒸馏水洗干净；

（6）用离心机除去一些大颗粒的石墨块，将留下的黑色粉末状固体在干燥箱中60度下，干燥6-10小时；

（7）再用玛瑙研钵研磨成均匀的粉末，得到大量产品。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述步骤（3）中的直流电源可通过变压器接通普通民用交流电源获得。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述步骤（3）电解过程中要保持整个电解体系的温度不高于35℃；

作为上述技术方案的进一步描述：

所述高纯石墨板之间可多组并联使用，各个并联组可单独置于各自的电解池中，也可将各个并联组置于同一电解池，此时需要在各组之间增设25cm厚的绝缘隔层，单组电极板通过导线连接到直流电源上，多组电极板需通过导线并联到直流电源上。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述采用高纯石墨板为作为阴阳极，高纯石墨电极板可为多种形状。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述步骤（2）中电解时阴阳极间的电压可为10V、12V、14V、16V、18V、20V、22V。

有益效果

本发明提供了一种电解法制备石墨烯的制备方法，具备以下有益效果：

该电解法制备石墨烯的制备方法，相比于目前市场上使用的微机剥离法、碳化硅外延生长法或者化学气相沉积法，其制备石墨烯的成本较低，并且工艺简单，能够实现快速高效的制备石墨烯，便于大规模工业化生产，其次对比与市场上采用氧化还原法制备石墨烯，品质更高，保证石墨烯的性能，采用0.6%的磷酸氢二铵水溶液作为电解制，加入电解池中使溶液的体积占容器体积的80%，对比于传统的采用浓度为30％～50％的硫酸溶液作为电解液进行电源，解决了床体的采用浓度为30％～50％的硫酸溶液做电解质由于其强氧化能导致氧化石墨烯存在很多结构上的缺陷，这种缺陷导致石墨烯的sp2杂化结构严重破坏，从而影响石墨烯的后续性使用的问题，制备的石墨烯产量增加，纯度更高。

附图说明

图1为本发明提出的一种电解法制备石墨烯的制备方法的制备方法结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例一：参照图1，一种电解法制备石墨烯的制备方法，包括以下步骤：

（1）采用高纯石墨板为此电解制备法的阴阳极，一个阴极石墨板与一个阳极石墨板构成一个电解；

（2）配制浓度为0.2%的磷酸氢二铵水溶液，加入电解池中使溶液的体积占容器体积的80% ；

（3）将高纯石墨板作为电解池的阴阳极放入电解池中，调节电极位置使电解液完全没过石墨电极板，高纯石墨电极板上连接导线，阳极连接12V直流电源的正极，阴极连接12V直流电源的负极，进行电解反应；

（4）3-5个小时后，黑色的石墨片会像洋葱皮一样从阳极石墨棒上片状剥落，整个电解过程中，阴极石墨棒上不断的产生气泡，阴极的石墨棒没有受到腐蚀，完好无损；

（5）反应完毕后将得到的黑色的产物，用蒸馏水洗干净；

（1）用离心机除去一些大颗粒的石墨块，将留下的黑色粉末状固体在干燥箱中60度下，干燥6-10小时；

（2）再用玛瑙研钵研磨成均匀的粉末，得到大量产品。

实施例二：参照图1，一种电解法制备石墨烯的制备方法，包括以下步骤：

（1）采用高纯石墨板为此电解制备法的阴阳极，一个阴极石墨板与一个阳极石墨板构成一个电解；

（2）配制浓度为0.4%的磷酸氢二铵水溶液，加入电解池中使溶液的体积占容器体积的80% ；

（3）将高纯石墨板作为电解池的阴阳极放入电解池中，调节电极位置使电解液完全没过石墨电极板，高纯石墨电极板上连接导线，阳极连接12V直流电源的正极，阴极连接12V直流电源的负极，进行电解反应；

（4）3-5个小时后，黑色的石墨片会像洋葱皮一样从阳极石墨棒上片状剥落，整个电解过程中，阴极石墨棒上不断的产生气泡，阴极的石墨棒没有受到腐蚀，完好无损；

（5）反应完毕后将得到的黑色的产物，用蒸馏水洗干净；

（6）用离心机除去一些大颗粒的石墨块，将留下的黑色粉末状固体在干燥箱中60度下，干燥6-10小时；

（7）再用玛瑙研钵研磨成均匀的粉末，得到大量产品。

实施例三：参照图1，一种电解法制备石墨烯的制备方法，包括以下步骤：

（1）采用高纯石墨板为此电解制备法的阴阳极，一个阴极石墨板与一个阳极石墨板构成一个电解；

（2）配制浓度为0.6%的磷酸氢二铵水溶液，加入电解池中使溶液的体积占容器体积的80% ；

（3）将高纯石墨板作为电解池的阴阳极放入电解池中，调节电极位置使电解液完全没过石墨电极板，高纯石墨电极板上连接导线，阳极连接12V直流电源的正极，阴极连接12V直流电源的负极，进行电解反应；

（4）3-5个小时后，黑色的石墨片会像洋葱皮一样从阳极石墨棒上片状剥落，整个电解过程中，阴极石墨棒上不断的产生气泡，阴极的石墨棒没有受到腐蚀，完好无损；

（5）反应完毕后将得到的黑色的产物，用蒸馏水洗干净；

（6）用离心机除去一些大颗粒的石墨块，将留下的黑色粉末状固体在干燥箱中60度下，干燥6-10小时；

（7）再用玛瑙研钵研磨成均匀的粉末，得到大量产品。

实施例四：参照图1，一种电解法制备石墨烯的制备方法，包括以下步骤：

（1）采用高纯石墨板为此电解制备法的阴阳极，一个阴极石墨板与一个阳极石墨板构成一个电解；

（2）配制浓度为0.8%的磷酸氢二铵水溶液，加入电解池中使溶液的体积占容器体积的80% ；

（3）将高纯石墨板作为电解池的阴阳极放入电解池中，调节电极位置使电解液完全没过石墨电极板，高纯石墨电极板上连接导线，阳极连接12V直流电源的正极，阴极连接12V直流电源的负极，进行电解反应；

（4）3-5个小时后，黑色的石墨片会像洋葱皮一样从阳极石墨棒上片状剥落，整个电解过程中，阴极石墨棒上不断的产生气泡，阴极的石墨棒没有受到腐蚀，完好无损；

（5）反应完毕后将得到的黑色的产物，用蒸馏水洗干净；

（6）用离心机除去一些大颗粒的石墨块，将留下的黑色粉末状固体在干燥箱中60度下，干燥6-10小时；

（7）再用玛瑙研钵研磨成均匀的粉末，得到大量产品。

实施例五：参照图1，一种电解法制备石墨烯的制备方法，包括以下步骤：

（1）采用高纯石墨板为此电解制备法的阴阳极，一个阴极石墨板与一个阳极石墨板构成一个电解；

（2）配制浓度为1.0%的磷酸氢二铵水溶液，加入电解池中使溶液的体积占容器体积的80% ；

（3）将高纯石墨板作为电解池的阴阳极放入电解池中，调节电极位置使电解液完全没过石墨电极板，高纯石墨电极板上连接导线，阳极连接12V直流电源的正极，阴极连接12V直流电源的负极，进行电解反应；

（4）3-5个小时后，黑色的石墨片会像洋葱皮一样从阳极石墨棒上片状剥落，整个电解过程中，阴极石墨棒上不断的产生气泡，阴极的石墨棒没有受到腐蚀，完好无损；

（5）反应完毕后将得到的黑色的产物，用蒸馏水洗干净；

（6）用离心机除去一些大颗粒的石墨块，将留下的黑色粉末状固体在干燥箱中60度下，干燥6-10小时；

（7）再用玛瑙研钵研磨成均匀的粉末，得到大量产品。

步骤（3）中的直流电源可通过变压器接通普通民用交流电源获得，步骤（3）电解过程中要保持整个电解体系的温度不高于35℃，高纯石墨板之间可多组并联使用，各个并联组可单独置于各自的电解池中，也可将各个并联组置于同一电解池，此时需要在各组之间增设25cm厚的绝缘隔层，单组电极板通过导线连接到直流电源上，多组电极板需通过导线并联到直流电源上，采用高纯石墨板为作为阴阳极，高纯石墨电极板可为多种形状，步骤（2）中电解时阴阳极间的电压可为10V、12V、14V、16V、18V、20V、22V。

表一：

	实施例一	实施例二	实施例三	实施例四	实施例五
						制备出的石墨烯1-10层的产量占总产量	62%	64%	68%	62%	64%
10-20层石墨烯的产量占总产量	38%	34%	32%	34%	38%

从表一中可以看出实施例三中法制备出的石墨烯1-10层的产量占总产量的68%，10-20层石墨烯的产量占总产量的32%，品质最好。

本发明该电解法制备石墨烯的制备方法，相比于目前市场上使用的微机剥离法、碳化硅外延生长法或者化学气相沉积法，其制备石墨烯的成本较低，并且工艺简单，能够实现快速高效的制备石墨烯，便于大规模工业化生产，其次对比与市场上采用氧化还原法制备石墨烯，品质更高，保证石墨烯的性能，采用0.6%的磷酸氢二铵水溶液作为电解制，加入电解池中使溶液的体积占容器体积的80%，对比于传统的采用浓度为30％～50％的硫酸溶液作为电解液进行电源，解决了床体的采用浓度为30％～50％的硫酸溶液做电解质由于其强氧化能导致氧化石墨烯存在很多结构上的缺陷，这种缺陷导致石墨烯的sp2杂化结构严重破坏，从而影响石墨烯的后续性使用的问题，制备的石墨烯产量增加，纯度更高。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料过着特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。