电化学剥离法制备石墨烯及表征

“三废”问 题 。 ［１４］ 外 延 生 长 法 是 一 种 能 够 制 备 缺 陷 较 少石墨烯的方法，但 是 由 于 制 备 条 件 需 要 超 高 真 空 和 高 温 ，并 且 制 备 的 石 墨 烯 不 易 提 取 ，所 以 也 难 以 实 现 大 批量的制 备 及 应 用［１５］。 化 学 气 相 沉 淀 法 可 以 制 备 面 积 大 、质 量 高 的 单 层 石 墨 烯 薄 膜 ，适 用 于 制 备 石 墨 烯 涂 层 的 场 合 ，然 而 其 生 产 工 艺 复 杂 ，需 要 高 温 及 相 应 的 气 体环境，不利于大批量制 备 游 离 的 少 层 石 墨 烯 。 ［１６］ 到 目前为止，石墨烯的 制 备 技 术 仍 是 制 约 其 广 泛 应 用 的 瓶 颈 之 一 ，低 成 本 、大 批 量 制 备 高 质 量 、高 纯 度 、少 层 石 墨烯的技术仍需不断探索。
电化学剥离法制备石墨烯是一种比较新型的高效 制备方法，主要特点包括：原材料多 为石 墨棒 或者 石墨 纸，来源丰富，价 格低 廉；工艺 方法 比较 简单，只需 要在 稀 硫 酸 中 通 电 处 理 原 材 料 ，且 能 够 通 过 调 整 电 压 和 电 流 实 现 对 剥 离 程 度 的 精 准 调 控 ；所 使 用 的 硫 酸 溶 液 可 重 复 利用，相比氧化还原法，此方法不仅 对石 墨的 氧化 程度 大 幅 降 低 ，能 极 大 程 度 地 保 持 石 墨 原 有 结 构［１７］，而 且 对 环境污染较轻。本文以高纯度的石墨纸为原料，硫酸 为 电解液，采用电化 学 剥 离 法 快 速 剥 离 制 备 石 墨 烯。 通 过调整硫酸溶液的浓 度，研 究 所 制 备 石 墨 烯 特 性 与 电 解液浓度的关系，并采用 ＸＲＤ、ＦＥ－ＳＥＭ、ＦＴ－ＩＲ 及 Ｒａｍａｎ等测试分析手段，对 石 墨 烯 样 品 进 行 表 征 和 分
从２００４ 年 至 今，石 墨 烯 的 制 备 方 法，尤 其 是 制 备 少 层 数 、高 质 量 石 墨 烯 的 方 法 ，在 科 学 界 一 直 被 广 泛 研 究探索。目前，石 墨 烯 常 用 的 制 备 方 法 有：机 械 剥 离 法［１］、氧化 还 原 法［９］、外 延 生 长 法［１０］、化 学 气 相 沉 积 法［１１］、电化学剥离法 等 ［１２］ 。机械剥离法能够制备高质 量 且 尺 寸 较 大 的 石 墨 烯 ，一 般 在 微 米 量 级 ，最 大 可 到 毫 米 量 级 ，缺 点 是 产 率 低 、成 本 高 、可 控 性 差 ，不 能 进 行 大 批量生产 。 ［１３］ 氧 化 还 原 法 是 现 在 比 较 广 泛 使 用 的 制 备方法，这种方法所 制 备 的 石 墨 烯 层 数 少，产 量 大，但 是 石 墨 烯 的 缺 陷 较 多 ，产 品 质 量 及 稳 定 性 均 比 较 差 ，制 备过程中需要控制的 因 素 较 多，氧 化 过 程 需 要 强 氧 化 剂 和 高 浓 度 的 酸 ，且 还 原 过 程 ? 用 许 多 有 毒 的 还 原 剂 ， 而这些药品在制备完 毕 后 均 难 以 处 理，会 产 生 严 重 的
第 ２９ 卷 第 ３ 期 ２０１８ 年 ６ 月
中原工学院学报 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦＺＨＯＮＧＹＵＡＮ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｖｏｌ．２９ Ｎｏ．３ Ｊｕｎ．，２０１８
文 章 编 号 ：１６７１－６９０６（２０１８）０３－００２３－０４
电化学剥离法制备石墨烯及表征
成晓哲，王大鹏，穆云超，石中金，丁程浩
英 国 曼 彻 斯 特 大 学 Ｎｏｖｏｓｅｌｏｖ 和 Ｇｅｉｍ 在 ２００４ 年采用胶带剥离法制 备 出 单 层 的 石 墨 烯，这 种 材 料 厚 度只有０Fra Baidu bibliotek３３５ｎｍ，是 世 界 上 最 薄 的 材 料，也 是 一 种 超 轻材料 。 ［１－５］ 层片状石墨 烯 是 一 种 碳 ｓｐ２ 杂 化 的 单 原 子层片结构 。 ［６］ 石墨烯独特的单原子层二维结构 使 其 拥 有 优 于 其 他 材 料 的 独 特 性 能 ，如 极 强 的 机 械 性 能 、优 异的热电传导性、极大的比 表 面 积 和 极 高 的 硬 度［７－９］。 石墨烯在材料、物理 和 化 学 等 多 个 学 科 领 域 均 有 着 广 泛的使用价值。
基金项目：国家自然科学基金青年科学基金项目（５１６０２３５６）；河 南 省 高 等 学 校 重 点 科 研 项 目（１８Ａ４３００３３）；河 南 省 科 技 开 放 合 作 项 目 （１４２１０６００００５１）
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中原工学院学报
析 ，从 而 总 结 出 电 化 学 剥 离 法 高 效 制 备 石 墨 烯 的 规 律 ， 为探索石墨烯的制备方法提供一定的研究基础。
（中原工学院 材料与化工学院，河南 郑州 ４５０００７）
摘 要： 采用电化学剥离法，以石墨纸为原料，０．５ｍｏｌ／Ｌ、１．０ｍｏｌ／Ｌ、１．５ｍｏｌ／Ｌ 硫酸为电解液制备石墨烯。通过 Ｘ－ 射线衍射仪（ＸＲＤ）、场发射扫描电子显微镜（ＦＥ－ＳＥＭ）、傅 里 叶 变 换 红 外 光 谱 仪 （ＦＴ－ＩＲ）及 拉 曼 光 谱 仪 等 手 段，对 所 制备石墨烯样品的物相 、形貌、结构及表面官能团进行 表 征。 结 果 表 明：该 方 法 能 高 效 制 备 石 墨 烯，所 制 备 的 石 墨 烯 表 面含有羟基、羰基、羧基等官能团；当硫酸浓度为０．５ｍｏｌ／Ｌ 时，制备的石墨烯缺陷较少，层数最少，为 ４～５ 层；当 硫 酸 浓 度为１．０ｍｏｌ／Ｌ 和１．５ｍｏｌ／Ｌ 时，石墨烯的剥离程度降低，且石墨烯的缺陷密度增大。 关 键 词 ： 石 墨 烯 ；电 解 剥 离 法 ；制 备 ；石 墨 纸 ；硫 酸 中 图 分 类 号 ： ＴＱ１２７．１ 文 献 标 志 码 ： Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－６９０６．２０１８．０３．００４