技术领域
[0001] 本
发明涉及
石墨烯技术领域，具体涉及一种
硼氢化钠还原氧化石墨烯的方法。
背景技术
[0002] 石墨烯因其优异的
力学性能、
导电性能、光学和和热性能等在材料、
电子、化学、
能源、
生物医药等众多领域具有广阔的应用前景，也引起了人们的广泛关注和研究。然而，低成本大规模的制备高
质量的石墨烯仍然是个挑战。目前常用的石墨烯的制备方法包括：机械剥离法、
化学气相沉积法、
固相外延生长法和化学氧化还原法等。尽管前三个方法可以得到结构相对完整，性能更优异的石墨烯，但化学氧化还原法所需的原料石墨廉价易得，制备过程简单，产率高；且氧化过程中，引入大量含氧官能团使得氧化石墨烯具有高度亲
水性，可以在水中分散成稳定的胶体，便于进一步组装和应用。这些特点使得化学氧化还原法成为最有可能实现大规模生产石墨烯的方法之一。因此简单高效的还原方法至关重要。利用硼氢化钠还原氧化石墨烯是最常用的还原方法之一。现有的硼氢化钠还原氧化石墨烯工艺一般都是加热至70-90℃反应1-2h，故存在着需要加
热能耗高和还原时间长等问题。
发明内容
[0003] 为了克服
现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种常温快速还原氧化石墨烯的方法。
[0004] 本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。
[0005] 本发明提供的一种常温快速还原氧化石墨烯的方法，包括如下步骤：
[0006] (1)将氧化石墨烯分散于水中，超声处理，得到悬浮液，然后离心处理，去除沉淀，得到氧化石墨烯胶体；
[0007] (2)将变价
金属化合物加入步骤(1)所述氧化石墨烯胶体中，混合均匀，再调节体系为
碱性，然后加入硼氢化物，搅拌均匀，得到
混合液；
[0008] (3)在常温搅拌状态下将酸性溶液加入步骤(2)所述混合液中，调节混合液的pH≤8进行还原反应，反应结束后，抽滤取沉淀，洗涤，干燥得到还原氧化石墨烯。
[0009] 进一步地，步骤(1)中，所述氧化石墨烯可以由Hummers法、Modified Hummers法或Improved Hummers法制得。
[0010] 进一步地，步骤(1)所述步骤(1)所述超声
频率为45-55kHz，超声时间为30-60min。
[0011] 进一步地，步骤(1)所述所述离心处理的速率为1500-3000rpm；离心处理的时间为30-60min。
[0012] 进一步地，步骤(1)所述氧化石墨烯胶体中的氧化石墨烯浓度为0.5-5g/L。
[0013] 进一步地，步骤(2)所述变价金属化合物为氯化
铁、
硫酸铁、氯化钴、硫酸钴、氯化镍、硫酸镍、钼酸钠、钼酸
钾及钼酸铵等中的至少一种；所述变价金属化合物的浓度为0.005-0.2mol/L。
[0014] 优选地，步骤(2)所述调节体系为碱性，能够用
碳酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾或
氨水溶液等来调节，使调节后的体系pH≥8.0。
[0015] 进一步地，步骤(2)所述硼氢化物包括硼氢化钠及硼氢化钾；在所述混合液中，硼氢化物的浓度为0.1-2mol/L。
[0016] 进一步地，步骤(3)所述搅拌状态下的搅拌速率为50-300rpm。
[0017] 优选地，步骤(3)所述酸性溶液包括
盐酸溶液及硫
酸溶液。
[0018] 进一步地，步骤(3)所述还原反应在常温下进行，无需额外加热；所述还原反应从加入酸性溶液时开始至混合液中无气泡产生时结束，所述还原反应时间为0.5-10min。
[0019] 优选地，其特征在于，步骤(3)中，所述洗涤方法，可以是在抽滤前加过量酸或双氧水洗涤后抽滤，再用去离子水洗涤数次，干燥即得还原氧化石墨烯。
[0020] 与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
[0021] 本发明提供的方法，以硼氢化物为还原剂，采用变价金属化合物和盐酸辅助还原的方式，加入变价金属化合物和盐酸后，常温条件下，氧化石墨烯即可被还原，无需加热，还原条件简单温和，降低了制备成本；另外还原反应只需0.5-10min，反应迅速高效，缩短了制备还原氧化石墨烯的周期。
附图说明
[0022] 图1为氧化石墨烯以及
实施例1、实施例2、实施例3和实施例4中制得的还原氧化石墨烯的
X射线衍射比较图。
具体实施方式
[0023] 以下结合附图和实例对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施和保护不限于此。需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程，均是本领域技术人员可参照现有技术实现或理解的。所用
试剂或仪器未注明生产厂商者，视为可以通过市售购买得到的常规产品。
[0024] 实施例1
[0025] 实施例1提供的一种常温快速还原氧化石墨烯的方法，包括如下步骤：
[0026] (1)将100mg氧化石墨烯(Hummers法制得的氧化石墨烯)分散于100mL去离子水中，50kHz频率下超声30min，得到悬浮液，然后离心处理，离心处理的速率为2000rpm，离心处理的时间为45min，去除沉淀，得到氧化石墨烯胶体(在胶体中，氧化石墨烯的浓度为1g/L)；
[0027] (2)将变价金属化合物(实施例1使用的氯化铁)加入步骤(1)所述氧化石墨烯胶体中，超声溶解，混合均匀(体系中氯化铁的浓度为0.01mol/L)，再用NaOH调节体系的pH值为8.0，然后加入0.02mol硼氢化钠，搅拌均匀，得到混合液；
[0028] (3)在常温搅拌状态下，将2mol/L盐酸溶液加入步骤(2)所述混合液中，调节混合液的pH＝6进行还原反应，还原反应从加入盐酸溶液时开始至无气泡产生时结束，所需时间为2min，加入盐
酸洗涤，然后抽滤取沉淀，再用去离子水洗涤4次，干燥得到所述还原氧化石墨烯。
[0029] 实施例2
[0030] 实施例2提供的一种常温快速还原氧化石墨烯的方法，包括如下步骤：
[0031] (1)将100mg氧化石墨烯(Hummers法制得的氧化石墨烯)分散于100mL去离子水中，50kHz频率下超声30min，得到悬浮液，然后离心处理，离心处理的速率为2000rpm，离心处理的时间为45min，去除沉淀，得到氧化石墨烯胶体(在胶体中，氧化石墨烯的浓度为1g/L)；
[0032] (2)将变价金属化合物(实施例2使用的硫酸钴)加入步骤(1)所述氧化石墨烯胶体中，超声溶解，混合均匀(体系中硫酸钴的浓度为0.01mol/L)，再用NaOH调节体系的pH值为8.0，然后加入0.02mol硼氢化钠，搅拌均匀，得到混合液；
[0033] (3)在常温搅拌状态下，将1mol/L硫酸溶液加入步骤(2)所述混合液中，调节混合液的pH＝6进行还原反应，还原反应从加入盐酸溶液时开始至无气泡产生时结束，所需时间为2min，加入硫酸洗涤，然后抽滤取沉淀，再用去离子水洗涤4次，干燥得到所述还原氧化石墨烯。
[0034] 实施例3
[0035] 实施例3提供的一种常温快速还原氧化石墨烯的方法，包括如下步骤：
[0036] (1)将100mg氧化石墨烯(Hummers法制得的氧化石墨烯)分散于100mL去离子水中，50kHz频率下超声30min，得到悬浮液，然后离心处理，离心处理的速率为2000rpm，离心处理的时间为45min，去除沉淀，得到氧化石墨烯胶体(在胶体中，氧化石墨烯的浓度为1g/L)；
[0037] (2)将变价金属化合物(实施例3使用的氯化镍)加入步骤(1)所述氧化石墨烯胶体中，超声溶解，混合均匀(体系中氯化镍的浓度为0.01mol/L)，再用NaOH调节体系的pH值为8.0，然后加入0.02mol硼氢化钠，搅拌均匀，得到混合液；
[0038] (3)在常温搅拌状态下，将2mol/L盐酸溶液加入步骤(2)所述混合液中，调节混合液的pH＝6进行还原反应，还原反应从加入盐酸溶液时开始至无气泡产生时结束，所需时间为2min，加入盐酸洗涤，然后抽滤取沉淀，再用去离子水洗涤4次，干燥得到所述还原氧化石墨烯。
[0039] 实施例4
[0040] 实施例4提供的一种常温快速还原氧化石墨烯的方法，包括如下步骤：
[0041] (1)将100mg氧化石墨烯(Hummers法制得的氧化石墨烯)分散于100mL去离子水中，50kHz频率下超声30min，得到悬浮液，然后离心处理，离心处理的速率为2000rpm，离心处理的时间为45min，去除沉淀，得到氧化石墨烯胶体(在胶体中，氧化石墨烯的浓度为1g/L)；
[0042] (2)将变价金属化合物(实施例4使用的钼酸钠)加入步骤(1)所述氧化石墨烯胶体中，超声溶解，混合均匀(体系中钼酸钠的浓度为0.01mol/L)，再用NaOH调节体系的pH值为8.0，然后加入0.02mol硼氢化钠，搅拌均匀，得到混合液；
[0043] (3)在常温搅拌状态下，将2mol/L盐酸溶液加入步骤(2)所述混合液中，调节混合液的pH＝6进行还原反应，还原反应从加入盐酸溶液时开始至无气泡产生时结束，所需时间为2min，加入双氧水洗涤，然后抽滤取沉淀，再用去离子水洗涤4次，干燥得到所述还原氧化石墨烯。
[0044] 实施例5
[0045] 实施例5提供的一种常温快速还原氧化石墨烯的方法，包括如下步骤：
[0046] (1)将500mg氧化石墨烯(Improved Hummers法制得的氧化石墨烯)分散于100mL去离子水中，超声处理，55kHz频率下超声60min，得到悬浮液，然后离心处理，离心处理的速率为1500rpm，离心处理的时间为60min，去除沉淀，得到氧化石墨烯胶体(在胶体中，氧化石墨烯的浓度为5g/L)；
[0047] (2)将变价金属化合物(实施例5使用的钼酸铵)加入步骤(1)所述氧化石墨烯胶体中，超声溶解，混合均匀，得到溶液(在溶液中，钼酸铵的浓度为0.005mol/L)，然后用
碳酸氢钠和氨水调节溶液的pH值为8.0，然后加入0.01mol硼氢化钾，搅拌均匀，得到混合液；
[0048] (3)在常温搅拌状态下，将2mol/L盐酸溶液加入步骤(2)所述混合液中，调节混合液的pH＝6进行还原反应，还原反应从加入盐酸溶液时开始至无气泡产生时结束，所需时间为0.5min，加入双氧水洗涤，然后抽滤取沉淀，再用去离子水洗涤4次，干燥得到所述还原氧化石墨烯。
[0049] 实施例6
[0050] 实施例6提供的一种常温快速还原氧化石墨烯的方法，包括如下步骤：
[0051] (1)将50mg氧化石墨烯(Modified Hummers法制得的氧化石墨烯)分散于100mL去离子水中，超声处理，45kHz频率下超声30min，得到悬浮液，然后离心处理，离心处理的速率为3000rpm，离心处理的时间为300min，去除沉淀，得到氧化石墨烯胶体(在胶体中，氧化石墨烯的浓度为0.5g/L)；
[0052] (2)将变价金属化合物(实施例5使用的钼酸钾)加入步骤(1)所述氧化石墨烯胶体中，超声溶解，混合均匀，得到溶液(在溶液中，钼酸钾的浓度为0.2mol/L)，再用氢氧化钾调节溶液的pH值为9.0，然后加入0.2mol硼氢化钾，搅拌均匀，得到混合液；
[0053] (3)在常温搅拌状态下，将2mol/L盐酸溶液加入步骤(2)所述混合液中，调节混合液的pH＝8进行还原反应，还原反应从加入盐酸溶液时开始至无气泡产生时结束，所需时间为10min，加入双氧水洗涤，然后抽滤取沉淀，再用去离子水洗涤4次，干燥得到所述还原氧化石墨烯。
[0054] 实施效果验证
[0055] 对氧化石墨烯以及实施例1、实施例2、实施例3和实施例4中制得的还原氧化石墨烯进行X射线衍射分析，分析结果如图1所示，氧化石墨烯的特征峰在10°附近，而实施例1、实施例2、实施例3和实施例4中制得的还原氧化石墨烯的XRD曲线中，氧化石墨烯特征峰消失，在25°附近出现宽峰，说明氧化石墨烯被还原。实施例5和实施例6的X射线衍射分析结果与实施例4相似，可参照图1。
[0056] 以上实施例仅为本发明较优的实施方式，仅用于解释本发明，而非限制本发明，本领域技术人员在未脱离本发明精神实质下所作的改变、替换、修饰等均应属于本发明的保护范围。
