一种制备石墨烯的方法与流程

1.本发明属于新材料制备技术领域，更具体讲，提供一种制备石墨烯的方法。


背景技术：

2.石墨烯是一种由碳原子紧密堆积组成的单层二维材料。碳原子有4个价电子，其中3个电子以sp2杂化形成σ键，通过σ键与其他三个碳原子连接成六边形结构，第4个未成键电子与平面垂直形成π键。基于石墨烯的晶体结构，石墨烯具体优良的光学、电学和力学特性，如超强的机械性能、极高的载流子迁移率、极高的导热性能、良好的光学特性等。
3.虽然石墨烯具有诸多优良特性，但在实际应用时存在两大难题，难题一，石墨烯如何均匀分散在各类溶剂（液）中；难题二，制备的石墨烯如何提纯。
4.石墨烯易于团聚，不能分散在水中，也不能广泛地分散在各种有机溶液中，只能少量不稳定地分散在n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮中，几乎不能分散在其他溶液中，分散困难极大地限制了应用。石墨烯难于分散在溶液中的原因在于碳原子间的π-π作用以及片层间的范德华作用力，使得石墨烯很难分散，容易团聚，这是石墨烯的固有性质。石墨烯在不同体系中很容易团聚，导致很多在纳米尺度上表现优异的性能随着石墨烯片层的团聚而显著降低甚至消失。因此研发石墨烯均匀分散在不同溶剂（液）中的溶液具有重要意义，是促进石墨烯应用与发展的重要条件。
5.现有的解决方案为对石墨烯进行改性，改性后再分散在溶液中，通常不同的应用体系具有不同的特征，需要有针对性地对石墨烯进行改性。常用的改性手段有：共价键修饰改性、非共价键修饰改性、加入表面活性剂等。但是改性会降低石墨烯的性能，同时会引入新的杂质，纯净未加改性的石墨烯性能最好。
6.在石墨烯的制备过程中会引入大量杂质，残留的杂质会降低石墨烯的品质，严重影响后续应用，难以提纯一直是阻碍石墨烯应用的重大困难。在石墨烯制备中，通常利用石墨粉、硫酸、硝酸盐、氯酸盐、高锰酸钾、盐酸、磷酸等试剂生产氧化石墨烯，氧化石墨烯再经过还原得到石墨烯。不可避免的在石墨烯中引入钠、钾、锰、硫、氮、氯、磷等元素，以及大量的残余还原剂。除去石墨烯中的钠、钾、锰、硫、氮、氯、磷等杂质元素以及残余还原剂非常困难。很多下游应用对石墨烯的纯度要求很高，需要严格控制石墨烯中的杂质含量，因此提纯至关重要。
7.常用的提纯方式有离心、透析、过滤等，但均存在不同程度的缺陷。包括：除杂质不彻底、残余杂质多、需要的时间长、用水多，工序繁杂、提纯成本高。离心存在初始阶段ph值较低、杂质含量较多，容易离心分层，后期ph值升高，溶液不易分层，杂质不能和石墨烯有效分离，其次氧化石墨烯片层中还有很多杂质离子，不可能很快离心分离出来，而且在工业上不可能使用大型高速离心机长期、大量离心提纯石墨烯。透析存在需要的时间长、消耗的纯水量大、需要经常更换透析介质，成本很高，会限制氧化石墨烯的大规模生产。过滤存在滤饼会阻塞溶液流动，速度慢、时间长、效率低、成本高、工艺复杂，无法彻底除去杂质。此外，在还原过程中添加的还原剂，以及修饰和添加表面活性剂的方式也面临难以除去残余试
剂，二次提纯的困难。
8.因此，在现有技术基础上，本领域技术人员需要研究一种高效、便捷、低成本的方法，在制备石墨烯的过程中同时做到以下两点：（1）使得石墨烯均匀分散在各类溶剂（液）中；（2）高效除去石墨烯中的各类杂质。


技术实现要素：

9.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种制备石墨烯的方法，在制备石墨烯的过程中同时做到以下两点：（1）使得石墨烯均匀分散在各类溶剂（液）中；（2）高效除去石墨烯中的各类杂质。
10.本发明的具体作用原理如下。
11.本发明使得石墨烯均匀分散在溶液中的原理如下：（1）经过化学还原后，未反应的还原剂、化学还原产物等小分子，通过氢键、范德华力、分子间作用力等相互作用被吸附在石墨烯表面，从而使得石墨烯均匀分散在溶液中；（2）经过化学还原后，在石墨烯溶液中加入分散剂，分散剂发挥分散作用的情况为以下一种单独存在或多种同时存在：第一种情况为分散剂与化学还原后的石墨烯溶液中的各种化学物质发生反应生成气体，第二种情况为分散剂自身分解生成气体，第三种情况为多种分散剂相互发生反应生成气体。生成的气体为以下一种或数种气体混合：氧气、二氧化碳、氮气、氨气、氢气、臭氧、氟气、氯气、溴气、一氧化氮、二氧化氮、二氧化氯。产生的气体被吸附在石墨烯表面，避免了团聚，使得石墨烯保持均匀分散在溶液中；（3）加入分散剂后，保持石墨烯均匀分散的物质变成气体与各类小分子。
12.本发明能除去石墨烯中杂质的原理如下：表面吸附的气体保持着石墨烯的分散，溶剂（液）能顺利地从材料的内部空间流过，过滤时带走溶液中的各类杂质，从而除去石墨烯溶液中杂质。除去的杂质包括但不限于：（1）石墨粉中含有的杂质；（2）制备氧化石墨烯时使用的硫酸、硝酸盐、氯酸盐、高锰酸钾、盐酸、磷酸等试剂引入的钠、钾、锰、硫、氮、氯、磷等杂质元素；（3）未反应的还原剂、化学还原产物；（4）制备石墨烯溶液时引入的杂质。该方法简单快速高效，有助于降低石墨烯的生产成本。
13.本发明能使得石墨烯均匀分散在不同溶剂（液）中的原理如下：利用溶剂（液）的互溶性，石墨烯均匀分散在第一溶剂（液）中的溶液，使用第二溶剂（液）置换，得到石墨烯均匀分散在第二溶剂（液）中的溶液。
14.本发明能调节石墨烯溶液浓度的原理如下：对于均匀分散的石墨烯溶液，新加入一定量的溶剂（液），或者过滤除去多余溶剂（液），可以方便地调节溶液的浓度。其中单层石墨烯溶液的浓度通常为0.1 mg/ml至10 mg/ml，少层石墨烯溶液的浓度通常为1 mg/ml至20 mg/ml，多层石墨烯溶液的浓度通常为5 mg/ml至200 mg/ml。通过测量溶液的浓度，可知石墨烯在溶液中的分散均匀性很好。
15.本发明是通过以下技术方案实现的，包括如下步骤：第一步，将氧化石墨烯溶液中加入还原剂进行反应，得到化学还原的石墨烯溶液；第二步，将第一步得到的溶液加入分散剂混合后反应，得到石墨烯均匀分散的含有杂质的溶液；第三步，将第二步得到的溶液加入溶剂（液）过滤和置换，除去石墨烯溶液中的杂
质，得到除去杂质后的石墨烯均匀分散的溶液。
16.优选地，本发明中所述溶剂（液）的意义如下：按照通用规则，含有一种成分的液体称为溶剂，含有二种及二种以上成分的液体称为溶液。
17.优选地，第一步中所述氧化石墨烯为以下一种或多种混合使用：单层氧化石墨烯、少层氧化石墨烯、多层氧化石墨烯。
18.优选地，第一步中所述制备氧化石墨烯溶液的溶剂（液）为常见公开溶剂（液），常用的为以下一种或多种混合：水、甲醇、乙醇、丙醇、丙酮、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、n-甲基吡咯烷酮。
19.优选地，第一步中所述氧化石墨烯溶液，根据实际使用的氧化石墨烯的种类不同，浓度为0.05~100 mg/ml，常用浓度为：0.05 mg/ml、0.1 mg/ml、0.2 mg/ml、0.3 mg/ml、0.4 mg/ml、0.5 mg/ml、0.6 mg/ml、0.7 mg/ml、0.8 mg/ml、0.9 mg/ml、1 mg/ml、1.5 mg/ml、2 mg/ml、2.5 mg/ml、3 mg/ml、4 mg/ml、5 mg/ml、6 mg/ml、7 mg/ml、8 mg/ml、9 mg/ml、10 mg/ml、11 mg/ml、12 mg/ml、13 mg/ml、14 mg/ml、15 mg/ml、20 mg/ml、30 mg/ml、40 mg/ml、50 mg/ml、60 mg/ml、70 mg/ml、80 mg/ml、90 mg/ml、100 mg/ml。
20.优选地，第一步中所述氧化石墨烯溶液，根据具体使用的氧化石墨烯情况，配置溶液时可以添加表面活性剂，表面活性剂为以下一种或多种混合使用：聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯亚胺、十烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵、十四烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、曲拉通x-100、聚乙二醇、氨水、n,n-二乙基丙炔胺甲酸盐、十八胺、阿拉伯树胶、环糊精、dna。其中氧化石墨烯与表面活性剂的质量比为1:（0~50），常用质量比为：1:0、1:0.05、1:0.06、1:0.07、1:0.08、1:0.09、1:0.1、1:0.15、1:0.2、1:0.25、1:0.3、1:0.35、1:0.4、1:0.45、1:0.5、1:0.55、1:0.6、1:0.65、1:0.7、1:0.75、1:0.8、1:0.85、1:0.9、1:0.95、1:1、1:1.1、1:1.2、1:1.3、1:1.4、1:1.5、1:1.6、1:1.7、1:1.8、1:1.9、1:2、1:2.1、1:2.2、1:2.3、1:2.4、1:2.5、1:2.6、1:2.7、1:2.8、1:2.9、1:3、1:3.1、1:3.2、1:3.3、1:3.4、1:3.5、1:3.6、1:3.7、1:3.8、1:3.9、1:4、1:4.1、1:4.2、1:4.3、1:4.4、1:4.5、1:4.6、1:4.7、1:4.8、1:4.9、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10、1:11、1:12、1:13、1:14、1:15、1:20、1:25、1:30、1:35、1:40。
21.优选地，第一步中所述还原剂为以下一种或多种混合物：有机酸、硼氢化物、柠檬酸盐、抗坏血酸盐、醇类、糖类、氨基酸、含硫还原剂、含氮还原剂、还原性植物提取物、金属、无机酸、碱类。常用的还原剂为以下一种或多种混合：抗坏血酸、草酸、没食子酸、柠檬酸、单宁酸、酒石酸、甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、乙二酸、丙二酸、丁二酸、己二酸、顺丁烯二酸、苯甲酸、苯乙酸、邻苯二甲酸、对苯二甲酸、脂肪酸、丙烯酸、三氟乙酸、脱氢抗坏血酸、古乐糖酸、苏阿糖酸、硼氢化锂、硼氢化钠、硼氢化钾、硼氢化铷、硼氢化铝、硼氢化铍、硼氢化钙、硼氢化锌、硼氢化镁、硼氢化铯、硼氢化锶、硼氢化钡、硼氢化亚铜、硼氢化钛、硼氢化锆、硼氢化钇、硼氢化锰、硼氢化铁、硼氢化镍、硼氢烷、柠檬酸锂、柠檬酸钠、柠檬酸镁、柠檬酸铝、柠檬酸钾、柠檬酸钙、柠檬酸铵、柠檬酸铁、柠檬酸亚铁、柠檬酸镍、柠檬酸钴、柠檬酸锰、柠檬酸铬、柠檬酸铜、柠檬酸铜、柠檬酸锌、柠檬酸钡、抗坏血酸锂、抗坏血酸钠、抗坏血酸镁、抗坏血酸铝、抗坏血酸钾、抗坏血酸钙、抗坏血酸铵、抗坏血酸亚铁、抗坏血酸镍、抗坏血酸钴、抗坏血酸锰、抗坏血酸铬、抗坏血酸铜、抗坏血酸锌、抗坏血酸钡、抗坏血酸亚锡、甲
醇、苯甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、异丙醇、丁醇、山梨酸醇、单糖（葡萄糖、果糖、半乳糖）、二糖（蔗糖、乳糖、麦芽糖）、低聚糖（环糊精）、多糖（壳聚糖）、l-半胱氨酸、l-谷胱甘肽、硫脲、二氧化硫脲、乙硫醇、噻吩、劳森试剂、过硫酸锂、过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、氨水、肼（联氨）、水合肼（水合联氨）、氨硼烷、苯肼、尿素、羟胺、盐酸羟胺、吡咯、吡啶、苄胺、对苯二胺、乙二胺、二甲基酮肟、亚硝酸锂、亚硝酸钠、亚硝酸镁、亚硝酸铝、亚硝酸钾、亚硝酸钙、亚硝酸铵、亚硝酸铁、亚硝酸亚铁、亚硝酸镍、亚硝酸钴、亚硝酸锰、亚硝酸铬、亚硝酸铜、亚硝酸钡、亚硝酸锌、亚硝酸银、茶叶提取物、玫瑰花提取物、铁树叶提取物、桔皮提取物、银杏叶提取物、锂、钠、镁、铝、钾、钙、铍、铁、锌、锡、氢化铝锂、硫酸、氢氟酸、氢氯酸、氢溴酸、氢碘酸、磷酸、硝酸、碳酸、氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾。
22.优选地，第一步中所述氧化石墨烯与还原剂的质量比为1:（1~200），常用质量比为1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10、1:11、1:12、1:13、1:14、1:15、1:16、1:17、1:18、1:19、1:20、1:25、1:30、1:35、1:40、1:45、1:50。
23.优选地，第一步中所述化学还原反应的时间为0至120小时。常用为：1 h、1.5 h、2 h、3 h、4 h、5 h、6 h、7 h、8 h、9 h、10 h、11 h、12 h、13 h、14 h、15 h、16 h、17 h、18 h、19 h、20 h、21 h、22 h、23 h、24 h、25 h、26 h、27 h、28 h、29 h、30 h、31 h、32 h、33 h、34 h、35 h、36 h、37 h、38 h、39 h、40 h、41 h、42 h、43 h、44 h、45 h、46 h、47 h、48 h、50 h、52 h、54 h、56 h、58 h、60 h、64 h、68 h、72 h、76 h、80 h、84 h、88 h、92 h、96 h、100 h、104 h、108 h、112 h、116 h、120 h。
24.优选地，第一步中所述化学还原反应温度为-10℃~100℃，常用为：-10℃、-5℃、0℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、80℃、85℃、90℃、95℃。
25.优选地，第一步中所述化学还原反应的搅拌转速为0~3000 r/min。常用转速为：0 r/min（即为静置）、10 r/min、20 r/min、30 r/min、40 r/min、50 r/min、60 r/min、70 r/min、80 r/min、90 r/min、100 r/min、110 r/min、120 r/min、130 r/min、140 r/min、150 r/min、180 r/min、200 r/min、240 r/min、300 r/min、500 r/min、600 r/min、700 r/min、800 r/min、900 r/min、1000 r/min。
26.优选地，第一步中所述化学还原反应，可以在实验过程中调节还原剂种类、还原剂质量、反应时间、反应温度、搅拌转速的相关参数。
27.优选地，第二步中所述分散剂为以下一种或多种混合：过氧化物、超氧化物、过碳酸盐、过硫酸盐、高锰酸及高锰酸盐、锰酸盐、高铁酸及高铁酸盐、氯酸及氯酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐、硫酸氢盐、铵盐、重铬酸及重铬酸盐、碘酸及碘酸盐、溴酸及溴酸盐、亚硝酸及亚硝酸盐、金属、金属氢化物、酸类、碱类、过硼酸盐、卤素互化物。常用的分散剂为以下一种或多种混合：过氧化氢、过氧化锂、过氧化钠、过氧化钾、过氧化钙、过氧化镁、过氧化锌、过氧化锶、过氧化钡、过氧化铅、尿素过氧化氢复合物、2,2-过氧化二氢丙烷、2,5-二甲基-2,5-过氧化二氢己烷、2,2-双-（过氧化叔丁基）丙烷、2,2-双-（过氧化叔丁基）丁烷、2,5-二甲基-2,5-双-（过氧化叔丁基）己烷、2,2-双-（4,4-二叔丁基过氧化环己基）丙烷、2,5-二甲基-2,5-双-（过氧化-2-乙基己酰）己烷、2,5-二甲基-2,5-双-（过氧化-3,5,5-三甲基己酰）己烷、2,5-二甲基-2,5-双-（过氧化苯甲酰）己烷、1,1-双-（过氧化叔丁基）环己烷、1,1-双-（过氧化叔丁基）-3,3,5-三甲基环己烷、过氧化乙酰磺酰环己烷、过氧化双-（1-羟基环己烷）、3,3,6,6,9,9-六甲基-1,2,4,5-四氧环壬烷、2,5-二甲基-2,5-双-（过氧化叔丁基）-3-己炔、
过氧化氢异丙基、1,1,3,3-四甲基丁基过氧化氢、过氧化氢异丙苯、过氧化氢二异丙（基）苯、过氧化氢二叔丁基异丙（基）苯过氧化氢蒎烷、过氧化氢（对）孟烷、过氧化氢四氢化萘、过氧化二叔丁基、过氧化叔丁基苯、过氧化叔丁基异丙（基）苯、1,3-双-（2-叔丁基过氧化异丙基）苯、1,4-双-（2-叔丁基过氧化异丙基）苯、过氧化二异丙苯、过氧化异丁基甲基甲酮、过氧化甲乙酮、过氧化乙酰丙酮、过氧化环己酮、过氧化甲基环己酮、过氧化二丙酮醇、过氧化（二）乙酰、过氧化（二）丙酰、过氧化（二）异丁酰、过氧化（二）正辛酰、过氧化（二）正壬酰、过氧化（二）异壬酰、过氧化（二）癸酰、过氧化十二（烷）酰、过氧化（二）苯甲酰、过氧化二-（2-甲基苯甲酰）、过氧化二-（2-氯苯甲酰）、过氧化二-（2,4-二氯苯甲酰）、过氧化乙酰苯甲酰、过氧甲酸、过氧乙酸、过氧化（二）丁二酸、双过氧化壬二酸、双过氧化十二烷二酸、过氧化氢苯甲酰、过氧化-3-氯苯甲酸、过苯二甲酸、叔丁基过苯二甲酸、过氧化乙酸叔丁酯、过氧化二乙基乙酸叔丁酯、3,3-双-（过氧化叔丁基）丁酸乙酯、过氧化异丁酸叔丁酯、4,4-双-（过氧化叔丁基）戊酸正丁酯、过氧化新戊酸叔丁酯、过氧化新戊酸异丙基苯酯、过氧化-2-乙基己酸叔丁酯、过氧化-2-乙基己酸-1,1,3,3-四甲基丁酯、过氧化-3,5,5-三甲基己酸叔丁酯、过氧化新癸酸叔丁酯、过氧化新癸叔戊酯、过氧化新癸酸异丙基苯酯、过氧化丁烯酸叔丁酯、过氧化顺式丁烯二酸叔丁酯、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化邻苯二甲酸叔丁酯、双-（过氧化叔丁基）邻苯二甲酸酯、过氧化异丙基碳酸叔丁酯、过氧化十八烷酰碳酸叔丁酯、2,4,4-三甲基戊基-2-过氧化苯氧基乙酸酯、3-过氧化叔丁基-3-邻羟甲基苯甲酸内酯、过氧化二碳酸二乙酯、过氧化二碳酸二正丙酯、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化二碳酸二正丁酯、过氧化二碳酸二仲丁酯、过氧化二碳酸二-（2-乙基己基）酯、过氧化二碳酸二（异十三烷基）酯、过氧化二碳酸二（十四烷基）酯、过氧化二碳酸二-（十六烷基）酯、过氧化二碳酸二（十八烷基）酯、过氧化二碳酸二环己酯、过氧化二碳酸-二-（4-叔丁基环己基）酯、过氧化二碳酸二苯甲酯、过氧化二碳酸-二-（2-苯氧基乙基）酯、过氧化二-（3,5,5-三甲基-1,2-二氧戊环）、过氧化蒎烯、土荆芥油、超氧化钠、超氧化钾、过碳酸锂、过碳酸钠、过碳酸钾、过碳酸铵、过碳酸钙、过碳酸铝、过碳酸镁、过硫酸锂、过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、高锰酸、高锰酸锂、高锰酸钠、高锰酸钾、高锰酸铵、高锰酸钙、高锰酸锌、高锰酸镁、高锰酸银、高锰酸钡、锰酸锂、锰酸钠、锰酸钾、高铁酸、高铁酸锂、高铁酸钠、高铁酸钾、高氯酸、高氯酸锂、高氯酸钠、高氯酸钾、高氯酸镁、高氯酸铵、高氯酸钙、高氯酸钡、高氯酸锶、高氯酸铅、高氯酸亚铁、高氯酸银、氯酸、氯酸锂、氯酸钠、氯酸钾、氯酸镁、氯酸铵、氯酸铯、氯酸锶、氯酸钡、氯酸钙、氯酸铜、氯酸锌、氯酸银、亚氯酸、亚氯酸锂、亚氯酸钠、亚氯酸钾、亚氯酸镁、亚氯酸铵、亚氯酸钙、次氯酸、次氯酸锂、次氯酸钠、次氯酸钾、次氯酸镁、次氯酸钙、次氯酸铵、次氯酸钡、二氧化氯、碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾、碳酸铵、碳酸钙、碳酸镁、碳酸铝、碳酸铁、碳酸铜、碳酸银、碳酸氢锂、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸氢镁、碳酸氢钙、碳酸氢钡、硫酸氢锂、硫酸氢钠、硫酸氢钾、硫酸氢镁、硫酸氢钙、硫酸氢钡、碳酸氢铵、硝酸铵、亚硝酸铵、硫酸铵、硫酸氢铵、氟化铵、氯化铵、碘化铵、溴化铵、重铬酸、重铬酸锂、重铬酸钠、重铬酸钾、重铬酸铵、重铬酸镁、重铬酸银、重铬酸铯、重铬酸钡、重铬酸铝、重铬酸铜、重铬酸锌、三氧化铬、高碘酸、高碘酸铵、高碘酸钡、高碘酸钠、仲高碘酸钠、偏高碘酸钠、高碘酸钾、仲高碘酸钾、偏高碘酸钾、碘酸、五氧化二碘、碘酸铵、碘酸钠、碘酸钾、碘酸钾合一碘酸、碘酸钾合二碘酸、碘酸锂、碘酸钙、碘酸锶、碘酸钡、碘酸锰、碘酸铁、碘酸锌、碘酸银、碘酸镉、碘酸铅、溴酸钠、溴酸钾、溴酸镁、溴酸锶、溴酸钡、溴酸锌、溴酸银、溴酸镉、溴酸铅、高溴酸、高溴酸钠、高溴酸钾、亚硝酸、
亚硝酸锂、亚硝酸钠、亚硝酸镁、亚硝酸铝、亚硝酸钾、亚硝酸钙、亚硝酸铵、亚硝酸铁、亚硝酸亚铁、亚硝酸镍、亚硝酸钴、亚硝酸锰、亚硝酸铬、亚硝酸铜、亚硝酸钡、亚硝酸锌、亚硝酸银、锂、钠、镁、铝、钾、钙、铍、铁、锌、氢化锂、氢化钠、氢化铝、氢化镁、氢化钾、氢化钙、氢化钡、氢化镍、氢化铜、氢化锌、抗坏血酸、草酸、没食子酸、柠檬酸、单宁酸、酒石酸、甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、乙二酸、丙二酸、丁二酸、己二酸、顺丁烯二酸、2-甲基丁酸、2-乙基丁酸、2-乙基己酸、十四酸、油酸、苯甲酸、苯乙酸、邻苯二甲酸、对苯二甲酸、脂肪酸、丙烯酸、三氟乙酸、脱氢抗坏血酸、古乐糖酸、苏阿糖酸、硫酸、氢氟酸、氢碘酸、氢溴酸、氢氯酸、磷酸、硝酸、碳酸、氨水、氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡、过硼酸锂、过硼酸钠、过硼酸钾、过硼酸铷、过硼酸铯、过硼酸钙、过硼酸钡、氟化碘、一氟化溴、一氟化氯、氯化碘、氯化溴、溴化碘、三氟化碘、三氟化溴、三氟化氯、五氟化碘、五氟化溴、五氟化氯、七氟化碘。
28.优选地，第二步中所述分散剂质量与初始氧化石墨烯质量比为（1~1000）:1，常用为：5:1、10:1、15:1、20:1、25:1、30:1、35:1、40:1、45:1、50:1、55:1、60:1、65:1、70:1、75:1、80:1、85:1、90:1、95:1、100:1、110:1、120:1、130:1、140:1、150:1、160:1、170:1、180:1、190:1、200:1、210:1、220:1、230:1、240:1、250:1、260:1、270:1、280:1、290:1、300:1、350:1、400:1、450:1、500:1。
29.优选地，第二步中所述反应的时间为1分钟~120小时，常用为：1 min、2 min、3 min、4 min、5 min、6 min、7 min、8 min、9 min、10 min、15 min、20 min、25 min、30 min、35 min、40 min、45 min、50 min、55 min、60 min、65 min、70 min、75 min、80 min、85 min、90 min、95 min、100 min、105 min、110 min、115 min、2 h、3 h、4 h、5 h、6 h、7 h、8 h、9 h、10 h、11 h、12 h、13 h、14 h、15 h、16 h、17 h、18 h、19 h、20 h、21 h、22 h、23 h、24 h、25 h、26 h、27 h、28 h、29 h、30 h、31 h、32 h、33 h、34 h、35 h、36 h、37 h、38 h、39 h、40 h、41 h、42 h、43 h、44 h、45 h、46 h、47 h、48 h、50 h、52 h、54 h、56 h、58 h、60 h、64 h、68 h、72 h、76 h、80 h、84 h、88 h、92 h、96 h、100 h、104 h、108 h、112 h、116 h、120 h。
30.优选地，第二步中所述反应温度为-10℃~100℃，常用为：-10℃、-5℃、0℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃。
31.优选地，第二步中所述反应的搅拌转速为0~3000 r/min，常用为：0 r/min（即为静置）、10 r/min、20 r/min、30 r/min、40 r/min、50 r/min、60 r/min、70 r/min、80 r/min、90 r/min、100 r/min、110 r/min、120 r/min、130 r/min、140 r/min、150 r/min、180 r/min、200 r/min、240 r/min、300 r/min、500 r/min、600 r/min、700 r/min、800 r/min、900 r/min、1000 r/min。
32.优选地，第二步中所述分散剂发挥分散作用的情况为以下一种单独存在或多种同时存在：第一种情况为分散剂与化学还原后的石墨烯溶液中的各种化学物质发生反应生成气体，第二种情况为分散剂自身分解生成气体，第三种情况为多种分散剂相互发生反应生成气体。生成的常用气体为以下一种或数种混合：氧气、二氧化碳、氮气、氨气、氢气、臭氧、氟气、氯气、溴气、一氧化氮、二氧化氮、二氧化氯。同时反应还会生成可溶性生成物。分散剂发挥分散作用的常用典型情况例举如下：（1）还原剂为抗坏血酸，分散剂为过氧化氢，生成的气体有：氧气。（2）还原剂为抗坏血酸，分散剂为过碳酸钠，生成的气体有：氧气、二氧化
碳。（3）还原剂为抗坏血酸，分散剂为碳酸钠，生成的气体有：二氧化碳。（4）还原剂为抗坏血酸，分散剂为过氧化氢与碳酸钠，生成的气体有：氧气、二氧化碳。（5）还原剂为抗坏血酸，分散剂为碳酸氢钠，生成的气体有：二氧化碳。（6）还原剂为抗坏血酸，分散剂为过氧化氢与碳酸氢钠，生成的气体有：氧气、二氧化碳。（7）还原剂为草酸，分散剂为过氧化氢，生成的气体有：氧气。（8）还原剂为草酸，分散剂为过碳酸钠，生成的气体有：氧气、二氧化碳。（9）还原剂为草酸，分散剂为碳酸钠，生成的气体有：二氧化碳。（10）还原剂为草酸，分散剂为过氧化氢与碳酸钠，生成的气体有：氧气、二氧化碳。（11）还原剂为草酸，分散剂为碳酸氢钠，生成的气体有：二氧化碳。（12）还原剂为草酸，分散剂为过氧化氢与碳酸氢钠，生成的气体有：氧气、二氧化碳。（13）还原剂为柠檬酸，分散剂为过氧化氢，生成的气体有：氧气。（14）还原剂为柠檬酸，分散剂为过碳酸钠，生成的气体有：氧气、二氧化碳。（15）还原剂为柠檬酸，分散剂为碳酸钠，生成的气体有：二氧化碳。（16）还原剂为柠檬酸，分散剂为过氧化氢与碳酸钠，生成的气体有：氧气、二氧化碳。（17）还原剂为柠檬酸，分散剂为碳酸氢钠，生成的气体有：二氧化碳。（18）还原剂为柠檬酸，分散剂为过氧化氢与碳酸氢钠，生成的气体有：氧气、二氧化碳。（19）还原剂为抗坏血酸钠、草酸钠和柠檬酸钠，分散剂为过氧化氢，生成的气体有：氧气。（20）还原剂为抗坏血酸和草酸，分散剂为过氧化氢，生成的气体有：氧气。（21）还原剂为抗坏血酸和草酸，分散剂为过碳酸钠，生成的气体有：氧气、二氧化碳。（22）还原剂为抗坏血酸和柠檬酸，分散剂为过氧化氢，生成的气体有：氧气。（23）还原剂为抗坏血酸和柠檬酸，分散剂为过碳酸钠，生成的气体有：氧气、二氧化碳。（24）还原剂为抗坏血酸和草酸，分散剂为过氧化氢和碳酸钠，生成的气体有：氧气、二氧化碳。（25）还原剂为抗坏血酸和草酸，分散剂为过氧化氢和碳酸氢钠，生成的气体有：氧气、二氧化碳。（26）还原剂为抗坏血酸，分散剂为重铬酸钾和硫酸铵，生成的气体有：氧气、氮气。（27）还原剂为抗坏血酸，分散剂为高锰酸钾，生成的气体有：氧气。（28）还原剂为抗坏血酸，分散剂为高铁酸钾，生成的气体有：氧气。（29）还原剂为抗坏血酸，分散剂为过硫酸钠，生成的气体有：氧气。（30）还原剂为抗坏血酸，分散剂为氯酸钾，生成的气体有：氧气。（31）还原剂为抗坏血酸，分散剂为高氯酸钾，生成的气体有：氧气。（32）还原剂为抗坏血酸，分散剂为氢化钙，生成的气体有：氢气。（33）还原剂为抗坏血酸，分散剂为重铬酸钾，生成的气体有：氧气。（34）还原剂为抗坏血酸和水合肼，分散剂为过氧化氢，生成的气体有：氧气、氮气。（35）还原剂为氨水、硼氢化钠和抗坏血酸，分散剂为过氧化氢，生成的气体有：氧气、氮气。（36）还原剂为抗坏血酸，分散剂为过氧化氢和高锰酸钾，生成的气体有：氧气。（37）还原剂为抗坏血酸，分散剂为过硫酸铵，生成的气体有：氧气、氨气。（38）还原剂为抗坏血酸，分散剂为锰酸钾和过氧化氢，生成的气体有：氧气。（39）还原剂为抗坏血酸，分散剂为过硼酸钠和碳酸氢钠，生成的气体有：氧气、二氧化碳。（40）还原剂为氨水，分散剂为过氧化氢，生成的气体有：氧气、氮气。（41）还原剂为氨水和葡萄糖，分散剂为抗坏血酸和过氧化氢，生成的气体有：氧气、氮气。（42）还原剂为氨水和葡萄糖，分散剂为过氧化氢，生成的气体有：氧气、氮气。（43）还原剂为氨水和葡萄糖，分散剂为氯化铵和亚硝酸钠，生成的气体有：氮气。（44）还原剂为氨水和葡萄糖，分散剂为碳酸氢铵，生成的气体有：二氧化碳、氨气。（45）还原剂为氨水和葡萄糖，分散剂为亚硝酸铵，生成的气体有：氮气。（46）还原剂为氨水和水合肼，分散剂为过氧化氢，生成的气体有：氧气、氮气。（47）还原剂为氨水和硼氢化钠，分散剂为过氧化氢，生成的气体有：氧气、氮气。（48）还原剂为抗坏血酸和草酸，分散剂为铝，生成的气体有：氢气。（49）还原剂为抗坏血酸和草酸，分散
剂为氯化氢和铝，生成的气体有：氢气。（50）还原剂为抗坏血酸和草酸，分散剂为碳酸氢钠和铝，生成的气体有：二氧化碳、氢气。（51）还原剂为氨水和葡萄糖，分散剂为氢氧化钠和铝，生成的气体有：氢气。（52）还原剂为抗坏血酸和草酸，分散剂为过碳酸钠、氯化氢和铝，生成的气体有：氧气、二氧化碳、氢气。（53）还原剂为抗坏血酸和柠檬酸，分散剂为锌，生成的气体有：氢气。（54）还原剂为抗坏血酸和柠檬酸，分散剂为过氧化氢和锌，生成的气体有：氧气、氢气（55）还原剂为抗坏血酸，分散剂为过氧化氢、氯化氢和锌，生成的气体有：氧气、氢气。（56）还原剂为氨水和葡萄糖，分散剂为过氧化氢和锌，生成的气体有：氧气、氮气、氢气。（57）还原剂为抗坏血酸和草酸，分散剂为碳酸钠和锌，生成的气体有：二氧化碳、氢气。（58）还原剂为抗坏血酸和草酸，分散剂为碳酸钠、过氧化氢和锌，生成的气体有：氧气、二氧化碳、氢气。（59）还原剂为抗坏血酸和草酸，分散剂为碳酸钠、氯化氢和锌，生成的气体有：二氧化碳、氢气。（60）还原剂为抗坏血酸、草酸和锌，分散剂为过氧化氢，生成的气体有：氢气、氧气。（61）还原剂为氢碘酸，分散剂为过氧化氢，生成的气体有：氧气。（62）还原剂为抗坏血酸，分散剂为氯化氢和亚氯酸钠，生成的气体有：二氧化氯。（63）还原剂为抗坏血酸，分散剂为碳酸氢钠、硫酸氢钠、氯化氢和亚氯酸钠，生成的气体有：二氧化碳、二氧化氯。（64）还原剂为抗坏血酸和草酸，分散剂为碳酸氢钠、氯化氢和亚氯酸钠，生成的气体有：二氧化碳、二氧化氯。以上例举的常用例子仅为说明本发明的原理，实际使用的实验方案不止如上所举例。所有依据本发明原理以及本发明所例举的各种试剂进行的实验均包含在本发明的保护范围之内。
33.优选地，第二步中所述反应，可以在实验过程中调节分散剂种类、分散剂质量、反应时间、反应温度、搅拌转速的相关参数。
34.优选地，第三步中所述过滤和置换，使用的方式为以下一种或多种组合：常压过滤、减压过滤、加压过滤、重力过滤、真空过滤、离心过滤、透析、浸泡置换。
35.优选地，第三步中所述过滤和置换，根据石墨烯的片径与层数不同，使用的设备是以下一种或多种组合：目数为10~5000目的滤网、滤膜、滤袋、滤纸。常用目数为：200目、250目、300目、350目、400目、450目、500目、550目、600目、650目、700目、750目、800目、1000目。
36.优选地，第三步中所述过滤和置换除去石墨烯溶液中的杂质，除去杂质的标准为石墨烯溶液中的杂质含量达到下游应用对石墨烯中杂质含量的要求标准。除去的杂质包括但不限于：石墨粉中的杂质、制备石墨烯时引入的杂质、还原石墨烯时引入的杂质、制备石墨烯溶液时引入的杂质。
37.优选地，第三步中所述过滤和置换，可以只用一种溶剂（液）过滤和置换，也可以使用多种溶剂（液）依次过滤和置换。利用溶剂（液）的互溶性，将在一种溶剂（液）中均匀分散的石墨烯，依次使用不同溶剂（液）充分置换，均匀分散到其他溶剂（液）中，依次得到石墨烯均匀分散在不同溶剂（液）中的溶液。
38.优选地，第三步中所述过滤和置换使用的溶剂（液）为以下三种之一：无机溶剂（液）、有机溶剂（液）、无机溶剂（液）与有机溶剂（液）组成的混合溶液。
39.优选地，第三步中所述过滤和置换所使用的无机溶剂（液）为以下任意一种：水、在水中加入溶质形成的溶液。
40.优选地，第三步中所述过滤和置换所使用的无机溶液中的一类为在水中加入溶质形成的溶液，溶质为以下一种或多种混合：氯化锂、氯化钠、氯化镁、氯化铝、氯化钾、氯化
钙、氯化铵、氯化铁、氯化亚铁、氯化镍、氯化钴、氯化锰、氯化铬、氯化铜、氯化锌、氯化钡、氯化锡、氯化亚锡、氟化锂、氟化钠、氟化镁、氟化铝、氟化钾、氟化钙、氟化铵、氟化铁、氟化亚铁、氟化镍、氟化钴、氟化锰、氟化铬、氟化铜、氟化锌、氟化钡、氟化锡、氟化亚锡、硫酸锂、硫酸钠、硫酸镁、硫酸铝、硫酸钾、硫酸铵、硫酸铁、硫酸亚铁、硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰、硫酸铬、硫酸铜、硫酸锌、硫酸锡、硫酸亚锡、硝酸锂、硝酸钠、硝酸镁、硝酸铝、硝酸钾、硝酸钙、硝酸铵、硝酸铁、硝酸亚铁、硝酸镍、硝酸钴、硝酸锰、硝酸铬、硝酸铜、硝酸钡、硝酸锌、硝酸锡、硝酸亚锡、碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾、碳酸铵、碳酸氢锂、碳酸氢钠、碳酸氢镁、碳酸氢钾、碳酸氢钙、碳酸氢铵、乙酸锂、乙酸钠、乙酸镁、乙酸铝、乙酸钾、乙酸钙、乙酸铵、乙酸铁、乙酸亚铁、乙酸镍、乙酸钴、乙酸锰、乙酸铬、乙酸铜、乙酸锌、乙酸钡、乙酸锡、乙酸亚锡、[0020]所叙述的第一步中所添加的表面活性剂、[0021]所述的第一步中使用的还原剂、[0027]所述的第二步使用的分散剂。
[0041]
优选地，第三步中所述过滤和置换所使用的有机溶剂（液）中的一类为以下一种或多种混合：烃类溶剂（液）、卤代烃类溶剂（液）、醇类溶剂（液）、酚类溶剂（液）、醚类溶剂（液）、醛类溶剂（液）、酮类溶剂（液）、酯类溶剂（液）、酸和酸酐类溶剂（液）、胺类溶剂（液）、酰胺类溶剂（液）、腈类溶剂（液）、含氮化合物溶剂（液）、含硫化合物溶剂（液）。常用的有机溶剂（液）为以下一种或多种混合：cbrf3、cclf3、ccl2f2、ccl3f、ccl4、ccl4s、cf4、cs2、chbrcl2、chbr2cl、chbr3、chcl2f、chcl3、chf3、chf3o3s、ch2clbr、ch2br2、ch2cl2、ch2o、ch2o2、ch3br、ch3cl、ch3i、ch3nco、ch3on、ch3no2、ch4o、ch5n、ch6cln3o、ch6n2、c2cl2f4、c2cl3f3、c2cl4、c2cl4f2、c2cl6、c2hcl2f3、c2hcl2n、c2hcl3、c2ho2cl3、c2hcl5、c2hf3o2、c2h2br4、c2h2clf3、c2h2cln、c2h2cl2、c2h2cl2o、c2h2o2cl2、c2h2cl4、c2h2f2、c2h2o4、c2h3cl、c2h3clf2、c2h3clo、c2h3clo2、c2h3o2cl、c2h3cl3、c2h3f3o、c2h3n、c2h4、c2h4brcl、c2h4br2、c2h4cl2、c2h4cl2o、c2h4f2、c2h4o、c2h4o2、c2h4o2s、c2h4o3、c2h5br、c2h5bro、c2h5cl、c2h5clo、c2h5n、c2h5on、c2h5no2、c2h6、c2h6n2o、c2h6o、c2h6o2、c2h6os、c2h6o2s、c2h6o4s、c2h6s、c2h7n、c2h7no、c2h7o4p、c2h8n2、c3cl2f4o、c3f6o、c3h3f3o、c3h3n、c3h4cl2、c3h4o、c3h4o2、c3h4o3、c3h4n2、c3h5bro、c3h5bro2、c3h5br2cl、c3h5br3、c3h5cl、c3h5ocl、c3h5clo2、c3h5cl3、c3h5n、c3h5no、c3h6、c3h6br2、c3h6br2o、c3h6clno、c3h6cl2、c3h6cl2o、c3h6o、c3h6o2、c3h6o3、c3h6o3s、c3h7br、c3h7cl、c3h7clo、c3h7clo2、c3h7i、c3h7n、c3h7on、c3h7no2、c3h7no3、c3h8、c3h8o、c3h8o2、c3h8o3、c3h8s、c3h9bo3、c3h9n、c3h9no、c3h9o4p、c3h
10
n2、c4cl6、c4f6o3、c4h4n2、c4h4o、c4h4s、c4h5cl、c4h5n、c4h5no2、c4h6、c4h6cl2o2、c4h6o、c4h6o2、c4h6o3、c4h6o4、c4h6o4pb
·
3h2o、c4h7n、c4h7no、c4h7clo2、c4h8、c4h8cl2、c4h8o、c4h8ocl2、c4h8o2、c4h8o2s、c4h8o3、c4h8s、c4h9br、c4h9cl、c4h9clo、c4h9i、c4h9n、c4h9no、c4h9no2、c4h
10
、c4h
10
n2o、c4h
10
o、c4h
10
o2、c4h
10
o2s、c4h
10
o3、c4h
10
o4s、c4h
10
s、c4h
11
n、c4h
11
no、c4h
11
no2、c4h
11
o4p、c4h
12
si、c4h
13
n3、c4h
19
no2、c5cl6、c5h4o2、c5h5n、c5h6、c5h6o、c5h6o2、c5h7no2、c5h8、c5h8o、c5h8o2、c5h8o3、c5h9bro2、c5h9clo2、c5h9n、c5h9on、c5h9o、c5h
10
、c5h
10
cl2、c5h
10
n2、c5h
10
o、c5h
10
o2、c5h
10
o3、c5h
10
o4、c5h
11
br、c5h
11
cl、c5h
11
i、c5h
11
n、c5h
11
no、c5h
11
no2、c5h
11
no3、c5h
12
、c5h
12
n2、c5h
12
on2、c5h
12
o、c5h
12
o2、c5h
12
o3、c5h
12
o4、c5h
12
s、c5h
13
n、c5h
13
no、c5h
13
no2、c6f6、c6h2cl4、c6h3cln2o4、c6h3cl3、c6h3cl3o、c6h4brcl、c6h4br2、c6h4clno2、c6h4cl2、c6h4cl2o、c6h4n2o4、c6h5br、c6h5bro、c6h5cl、c6h5clo、c6h5f、c6h5i、c6h5no2、c6h6、c6h6cln、c6h6o、c6h6o2、c6h6os、c6h6o3、c6h7n、c6h8n2、c6h8o、c6h8o2、c6h8o4、c6h
10
、c6h
10
o、c6h
10
o2、c6h
10
o3、c6h
10
o4、c6h
11
n、c6h
11
on、c6h
12
、c6h
12
clo、c6h
12
cl2o2、c6h
12
cl3o4p、c6h
12
o、c6h
12
o2、c6h
12
o2s、c6h
12
o3、
c6h
12
o4、c6h
13
br、c6h
13
cl、c6h
13
n、c6h
13
no、c6h
14
、c6h
14
o、c6h
14
o2、c6h
14
o3、c6h
14
o4、c6h
14
o6、c6h
15
o3b、c6h
15
n、c6h
15
no、c6h
15
no2、c6h
15
no3、c6h
15
o4p、c6h
18
nop、c6h
18
n4、c6h
18
osi2、c7h4cl3f、c7h5cl3、c7h5f3、c7h5n、c7h5n3o6、c7h6cl2、c7h6o、c7h6o2、c7h7br、c7h7bro、c7h7cl、c7h7no、c7h7no2、c7h7no3、c7h8、c7h8o、c7h8o2、c7h8o3、c7h9n、c7h
10
o3、c7h
12
、c7h
12
o、c7h
12
o2、c7h
12
o4、c7h
12
o5、c7h
13
n、c7h
14
、c7h
14
o、c7h
14
o2、c7h
14
o3、c7h
14
o4、c7h
15
br、c7h
16
、c7h
16
o、c7h
16
o2、c7h
16
o3、c7h
16
o4、c7h
17
n、c7h
18
n2、c8h4f6、c8h6、c8h7n、c8h8、c8h8o、c8h8o2、c8h8o3、c8h9no、c8h9no3、c8h9o、c8h
10
、c8h
10
o、c8h
10
o2、c8h
11
n、c8h
12
、c8h
12
o4、c8h
14
o、c8h
14
o2、c8h
14
o2n2、c8h
14
o3、c8h
14
o4、c8h
14
o5、c8h
14
o6、c8h
15
n、c8h
16
、c8h
16
o、c8h
16
o2、c8h
16
o3、c8h
16
o4、c8h
17
cl、c8h
18
、c8h
18
o、c8h
18
o2、c8h
18
o3、c8h
18
o4、c8h
18
o5、c8h
19
n、c8h
19
o3p、c8h
19
o4p、c8h
20
o4si、c8h
23
n5、c8h
24
o4si4、c9h6n2o2、c9h6o2、c9h7n、c9h7no、c9h8、c9h8o、c9h9n、c9h
10
、c9h
10
o、c9h
10
o2、c9h
10
o3、c9h
12
、c9h
12
o、c9h
12
o2、c9h
13
n、c9h
14
o、c9h
14
o6、c9h
16
、c9h
16
o、c9h
16
o2、c9h
16
o4、c9h
17
n、c9h
18
、c9h
18
o、c9h
18
o2、c9h
18
o4、c9h
20
、c9h
20
o、c9h
20
o2、c9h
20
o3、c9h
21
n、c9h
21
no3、c
10
h7br、c
10
h7cl、c
10
h8、c
10h10
o、c
10h10
o2、c
10h10
o4、c
10h11
n、c
10h12
、c
10h12
o、c
10h12
o2、c
10h12
o3、c
10h13
no、c
10h14
、c
10h14
o、c
10h14
no5ps、c
10h15
n、c
10h16
、c
10h16
cln、c
10h16
o、c
10h16
o8n2、c
10h18
、c
10h18
o、c
10h18
o4、c
10h19
n、c
10h20
、c
10h20
o、c
10h20
o2、c
10h20
o4、c
10h21
n、c
10h22
、c
10h22
o、c
10h22
o2、c
10h22
o3、c
10h22
o4、c
10h22
o5、c
10h22
s、c
10h23
n、c
10h23
no、c
11h10
、c
11h12
o2、c
11h14
o、c
11h14
o2、c
11h14
o3、c
11h16
、c
11h16
o、c
11h17
n、c
11h20
、c
11h20
o、c
11h20
o2、c
11h20
o4、c
11h21
n、c
11h22
、c
11h22
o、c
11h22
o2、c
11h24
、c
11h24
o、c
12h10
、c
12h10
o、c
12h12
、c
12h14
o4、c
12h16
、c
12h16
o、c
12h16
o2、c
12h16
o3、c
12h18
、c
12h20
o4、c
12h20
o7、c
12h22
、c
12h22
o、c
12h22
o4、c
12h22
o6、c
12h23
n、c
12h24
、c
12h24
o、c
12h24
o2、c
12h25
br、c
12h25
cl、c
12h26
、c
12h26
o、c
12h26
o3、c
12h26
s、c
12h27
o3b、c
12h27
n、c
12h27
o4p、c
13h10
o、c
13h10
o3、c
13h12
、c
13h18
o、c
13h20
、c
13h20
o、c
13h22
o2、c
13h24
、c
13h24
o、c
13h25
n、c
13h26
、c
13h26
o、c
13h26
o2、c
13h28
、c
14h10
、c
14h12
o2、c
14h12
o3、c
14h14
、c
14h14
o、c
14h20
o、c
14h22
、c
14h23
n、c
14h26
、c
14h26
o、c
14h26
o4、c
14h27
n、c
14h28
、c
14h28
o、c
14h28
o2、c
14h30
、c
14h30
o、c
15h22
o、c
15h24
、c
15h24
o、c
15h27
n3o、c
15h28
、c
15h28
o、c
15h28
o2、c
15h29
n、c
15h30
、c
15h30
o、c
15h30
o2、c
15h32
、c
15h32
o、c
15h33
o3b、c
15h33
n、c
16h10
、c
16h22
o4、c
16h24
o、c
16h26
、c
16h27
n、c
16h30
、c
16h30
o、c
16h31
n、c
16h32
、c
16h32
o、c
16h32
o2、c
16h34
、c
16h34
o、c
16h35
n、c
16h35
o4p、c
17h28
、c
17h32
、c
17h33
n、c
17h34
、c
17h34
o、c
17h34
o2、c
17h36
、c
17h36
o、c
18h12
、c
18h15
o4p、c
18h18
o5、c
18h30
、c
18h32
o7、c
18h34
、c
18h34
o2、c
18h34
o4、c
18h35
n、c
18h36
、c
18h36
o、c
18h36
o2、c
18h37
n、c
18h37
no、c
18h38
、c
18h38
o、c
18h39
n、c
19h16
、c
19h20
o4、c
19h32
、c
19h36
、c
19h36
o2、c
19h38
、c
19h38
o、c
19h38
o2、c
19h40
、c
20h32
o、c
20h34
、c
20h36
o4、c
20h38
、c
20h38
o2、c
20h40
、c
20h40
o、c
20h42
、c
20h43
n、c
21h21
o4p、c
21h36
、c
21h42
o4、c
21h44
、c
22h34
o2、c
21h40
、c
21h42
、c
22h42
o2、c
22h42
o4、c
22h42
、c
22h44
、c
22h44
o2、c
22h46
、c
23h44
、c
23h46
、c
23h46
o2、c
23h48
、c
24h38
o4、c
24h46
、c
24h48
、c
24h50
、c
24h51
o4p、c
25h48
、c
25h48
o4、c
25h50
、c
25h52
、c
26h42
o4、c
26h46
、c
26h50
、c
26h50
o4、c
26h52
、c
26h54
、c
27h36
o2、c
27h52
、c
27h54
、c
27h56
、c
28h54
、c
28h56
、c
28h58
、c
29h56
、c
29h58
、c
29h60
、c
30h54
、c
30h58
、c
30h60
、c
30h62
、c
57h104
o9、聚乙二醇（常用分子量为100~6000，常用的有：peg-100、peg-200、peg-300、peg-400、peg-500、peg-600、peg-800、peg-1000、peg-1500、peg-2000、peg-4000、peg-6000）、松油、松节油、樟脑油、石油醚、汽油、煤油、溶剂石脑油、液体石蜡、柴油、重油、航空煤油、润滑油、硅油、6号溶剂油、70号溶剂油、120号溶剂油、170号溶剂油、200号溶剂油、260号溶剂油、杂醇油、玉米油、菜籽油、橄榄油、棕榈油、棉籽油、花生油、大豆油、椰子油、茶籽油、芝麻油、米糠油、蓖麻油、亚麻油、红花油、棉籽油、核桃油、葡萄籽油、南瓜籽油、葵花籽油、橙油、紫苏油、杏仁油、柠檬油、沙棘油、月见草油、玻璃苣油、小麻油、火麻油、胡麻油、油茶籽油、山茶油、
牡丹籽油、猪油、牛油、羊油、鸡油、鸭油、鲸油、深海鱼油。按照公开通用的规则，以上分子式表述的化学物质有两种情况：（1）一个分子式代表一种单一结构的化学物质；（2）分子式相同但结构不同的同分异构体，每一个分子式包含了所有分子式相同的同分异构体，本发明所写出的分子式代表了与之相关的所有同分异构体。有机溶剂（液）的混合包括以下两种情况：（1）不同分子式的有机溶剂（液）相互混合；（2）相同分子式的同分异构体相互混合而成的有机溶剂（液）。
[0042]
优选地，第三步中所述过滤和置换所使用的有机溶剂（液）中的一类为在[0041]所叙述的有机溶剂（液）中加入溶质形成的溶液，溶质为[0040]所叙述的溶质。
[0043]
优选地，第三步中所述过滤和置换使用的无机溶剂（液）与有机溶剂（液）组成的混合溶液，其中常用的无机溶剂（液）为[0039]所述，常用的有机溶剂（液）为[0041]所述。混合溶液中无机溶剂（液）与有机溶剂（液）的质量比为1:（0~100），常用质量比为：1:0、1:0.01、1:0.02、1:0.03、1:0.04、1:0.05、1:0.06、1:0.07、1:0.08、1:0.09、1:0.1、1:0.15、1:0.2、1:0.25、1:0.3、1:0.35、1:0.4、1:0.45、1:0.5、1:0.55、1:0.6、1:0.65、1:0.7、1:0.75、1:0.8、1:0.85、1:0.9、1:0.95、1:1、1:1.1、1:1.2、1:1.3、1:1.4、1:1.5、1:1.6、1:1.7、1:1.8、1:1.9、1:2、1:2.1、1:2.2、1:2.3、1:2.4、1:2.5、1:2.6、1:2.7、1:2.8、1:2.9、1:3、1:3.1、1:3.2、1:3.3、1:3.4、1:3.5、1:3.6、1:3.7、1:3.8、1:3.9、1:4、1:4.1、1:4.2、1:4.3、1:4.4、1:4.5、1:4.6、1:4.7、1:4.8、1:4.9、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10、1:11、1:12、1:13、1:14、1:15、1:20、1:25、1:30、1:35、1:40、1:45、1:50、1:55、1:60、1:65、1:70、1:75、1:80、1:85、1:90、1:95、1:100。
[0044]
优选地，第三步中所述过滤和置换使用的无机溶剂（液）与有机溶剂（液）组成的混合溶液，还包括在[0043]所叙述的混合溶液中加入溶质形成的溶液，溶质为[0040]所叙述的溶质。
[0045]
优选地，第三步中所述过滤和置换，还包括将石墨烯均匀分散在第一溶剂（液）中的溶液，使用第二溶剂（液）进行置换，得到石墨烯均匀分散在第二溶剂（液）中的溶液。置换使用的第二溶剂（液）为以下三种之一：无机溶剂（液）、有机溶剂（液）、无机溶剂（液）与有机溶剂（液）组成的混合溶液，也就是[0039]、[0040]、[0041]、[0042]、[0043]、[0044]所述的溶液。
[0046]
优选地，所述制备石墨烯的方法，为了满足应用中对石墨烯溶液浓度的要求，可以向溶液中添加更多的溶剂（液），或者过滤除去溶液中多余的溶剂（液）。
[0047]
优选地，所述制备石墨烯的方法，为了满足应用中对材料干燥的要求，通过常见方式进行干燥，得到干燥后的石墨烯。常见干燥方式包括：鼓风干燥、自然风干、冷冻干燥、真空干燥、喷雾干燥、微波干燥、超临界干燥。
[0048]
优选地，本发明制备的石墨烯可用于以下领域：锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池、镁离子电池、固态电池、导电剂、石墨烯纸、超级电容、太阳能电池、透光涂料、柔性显示设备、透明导电膜、光电探测器、散热涂料、散热片、发热片、导电涂料、导电油墨、导电粘胶、抗静电涂料、抗静电塑料、导电塑料、导电橡胶、导电薄膜、防腐涂料、金属复合物、电缆材料、水凝胶、气凝胶、3d打印材料、电磁屏蔽材料、化学传感器、生物传感器、血液传感器、气体传感器、药物载体、医学成像、建筑材料、耐磨涂料、增强塑料、石墨烯轮胎、发泡材料、防渗水塑料、补强材料、石墨烯纤维、石墨烯刹车片、碳复合材料、吸油海绵、海水淡化、污水
净化、海水提铀、海水提锂、分隔膜、离子筛、口罩、催化剂载体、析氢催化剂、析氧催化剂。
[0049]
本发明的有益效果为：本发明提供一种制备石墨烯的方法，在还原氧化石墨烯的同时，使得石墨烯均匀分散在各类溶剂（液）中，并能高效便捷地除去石墨烯中的各类杂质。分散石墨烯的溶剂（液）包括各类无机溶剂（液）、有机溶剂（液）、以及无机溶剂（液）与有机溶剂（液）组成的混合溶液。除去的杂质包括：石墨粉中的杂质、制备氧化石墨烯引入的杂质、还原石墨烯时引入的杂质、制备石墨烯溶液时引入的杂质。本发明有助于提高石墨烯的品质，降低石墨烯的生产成本，并能方便地调节石墨烯溶液的浓度。
[0050]
说明书附图。
[0051]
图1为氧化石墨烯的扫描电子显微镜图。
[0052]
图2为石墨烯的扫描电子显微镜图。
[0053]
图3为氧化石墨烯的x射线衍射图谱。
[0054]
图4为实施例1制备石墨烯的x射线衍射图谱。
[0055]
图5为石墨烯溶液（水溶液）浓度的测量值、平均值和标准差。
[0056]
图6为石墨烯溶液（乙醇溶液）浓度的测量值、平均值和标准差。
[0057]
图7为石墨烯溶液的电导率测试结果。
[0058]
图8为本发明步骤示意图。
[0059]
具体实施方式。
[0060]
实施例1。
[0061]
取1 g氧化石墨烯溶于5 l纯水，超声搅拌2小时，形成0.2 mg/ml的氧化石墨烯溶液。
[0062]
向上述溶液中加入20 g抗坏血酸，混合均匀后在15℃静置反应24小时，得到化学还原的石墨烯溶液。
[0063]
向上述溶液中加入500 ml 30%的过氧化氢溶液，在15℃以转速100 r/min搅拌反应5分钟后，静置24小时，得到均匀分散的石墨烯溶液。
[0064]
使用350目滤网过滤上述溶液，得到黑色粘稠状样品。
[0065]
向上述样品中多次加入纯水，反复过滤除去杂质，直到滤液的电导率等于纯水，得到石墨烯均匀分散在纯水中的溶液。
[0066]
实施例2。
[0067]
取1 g氧化石墨烯溶于5 l纯水，超声搅拌2小时，形成0.2 mg/ml的氧化石墨烯溶液。
[0068]
向上述溶液中加入10 g抗坏血酸，混合均匀后在0℃静置反应60小时，得到化学还原的石墨烯溶液。
[0069]
在上述溶液中加入60 g过碳酸钠，在0℃以转速100 r/min搅拌反应5分钟，再以转速10 r/min搅拌反应24小时，得到均匀分散的石墨烯溶液。
[0070]
使用300目滤网过滤上述溶液，得到黑色粘稠状样品。
[0071]
向上述样品中多次加入纯水，反复过滤除去杂质，直到滤液的电导率等于纯水，得到石墨烯均匀分散在纯水中的溶液。
[0072]
向上述溶液中多次加入乙醇，反复过滤，利用乙醇置换水，得到石墨烯均匀分散在乙醇中的溶液。
[0073]
实施例3。
[0074]
取1 g氧化石墨烯溶于5 l纯水，超声搅拌2小时，形成0.2 mg/ml的氧化石墨烯溶液。
[0075]
向上述溶液中加入20 g抗坏血酸，混合均匀后在5℃静置反应24小时，得到化学还原的石墨烯溶液。
[0076]
在上述溶液中加入200 ml30%的过氧化氢溶液和30 g碳酸钠，在5℃以转速100 r/min搅拌反应5分钟后，静置20小时，得到均匀分散的石墨烯溶液。
[0077]
使用400目滤网过滤上述溶液，得到黑色粘稠状样品。
[0078]
向上述样品中多次加入乙醇，反复过滤除去杂质，直到滤液的电导率等于乙醇，得到石墨烯均匀分散在乙醇中的溶液。
[0079]
实施例4。
[0080]
取1 g氧化石墨烯溶于5 l纯水，超声搅拌2小时，形成0.2 mg/ml的氧化石墨烯溶液。
[0081]
向上述溶液中加入5 g抗坏血酸和15 g草酸，混合均匀后在5℃静置反应36小时，得到化学还原的石墨烯溶液。
[0082]
在上述溶液中加入40 g碳酸氢钠，在5℃以转速100 r/min搅拌反应5分钟后，静置反应16小时，得到均匀分散的石墨烯溶液。
[0083]
使用300目滤网过滤上述溶液，得到黑色粘稠状样品。
[0084]
向上述样品中多次加入纯水，反复过滤除去杂质，直到滤液的电导率等于纯水，得到石墨烯均匀分散在纯水中的溶液。
[0085]
向上述溶液中多次加入乙醇，反复过滤，利用乙醇置换水，得到石墨烯均匀分散在乙醇中的溶液。
[0086]
向上述溶液中多次加入n-甲基吡咯烷酮，反复过滤，利用n-甲基吡咯烷酮置换乙醇，得到石墨烯均匀分散在n-甲基吡咯烷酮中的溶液。
[0087]
实施例5。
[0088]
取1 g氧化石墨烯溶于5 l纯水，超声搅拌2小时，形成0.2 mg/ml的氧化石墨烯溶液。
[0089]
向上述溶液中加入20 g抗坏血酸，混合均匀后在5℃静置反应32小时，得到化学还原的石墨烯溶液。
[0090]
在上述溶液中加入60 g重铬酸钾和20 g硫酸铵，在20℃以转速100 r/min搅拌反应5分钟后，静置24小时，得到均匀分散的石墨烯溶液。
[0091]
使用350目滤网过滤上述溶液，得到黑色粘稠状样品。
[0092]
向上述样品中多次加入纯水，反复过滤除去杂质，直到滤液的电导率等于纯水，得到石墨烯均匀分散在纯水中的溶液。
[0093]
向上述溶液中多次加入乙醇，反复过滤，利用乙醇置换水，得到石墨烯均匀分散在乙醇中的溶液。
[0094]
向上述溶液中多次加入乙酸乙酯，反复过滤，利用乙酸乙酯置换乙醇，得到石墨烯均匀分散在乙酸乙酯中的溶液。
[0095]
实施例6。
[0096]
取1 g氧化石墨烯溶于5 l纯水，超声搅拌2小时，形成0.2 mg/ml的氧化石墨烯溶液。
[0097]
向上述溶液中加入35 g抗坏血酸，混合均匀后在10℃静置反应24小时，得到化学还原的石墨烯溶液。
[0098]
在上述溶液中加入50 g高锰酸钾，在20℃以转速100 r/min搅拌反应5分钟后，静置反应24小时，得到均匀分散的石墨烯溶液。
[0099]
使用400目滤网过滤上述溶液，得到黑色粘稠状样品。
[0100]
向上述样品中多次加入纯水，反复过滤除去杂质，直到滤液的电导率等于纯水，得到石墨烯均匀分散在纯水中的溶液。
[0101]
向上述溶液中多次加入乙醇，反复过滤，利用乙醇置换水，得到石墨烯均匀分散在乙醇中的溶液。
[0102]
向上述溶液中多次加入汽油，反复过滤，利用汽油置换乙醇，得到石墨烯均匀分散在汽油中的溶液。
[0103]
实施例7。
[0104]
取1 g氧化石墨烯溶于5 l纯水，超声搅拌2小时，形成0.2 mg/ml的氧化石墨烯溶液。
[0105]
向上述溶液中加入15 g抗坏血酸和5 g水合肼，混合均匀后在10℃静置反应24小时，得到化学还原的石墨烯溶液。
[0106]
在上述溶液中加入500 ml30%的过氧化氢溶液，在20℃以转速100 r/min搅拌反应5分钟后，静置24小时，得到均匀分散的石墨烯溶液。
[0107]
使用400目滤网过滤上述溶液，得到黑色粘稠状样品。
[0108]
向上述样品中多次加入纯水，反复过滤除去杂质，直到滤液的电导率等于纯水，得到石墨烯均匀分散在纯水中的溶液。
[0109]
向上述溶液中多次加入乙醇，反复过滤，利用乙醇置换水，得到石墨烯均匀分散在乙醇中的溶液。
[0110]
向上述溶液中多次加入甲醇，反复过滤，利用甲醇置换乙醇，得到石墨烯均匀分散在甲醇中的溶液。
[0111]
向上述溶液中多次加入丙酮，反复过滤，利用丙酮置换甲醇，得到石墨烯均匀分散在丙酮中的溶液。
[0112]
实施例8。
[0113]
取1 g氧化石墨烯溶于5 l纯水，超声搅拌2小时，形成0.2 mg/ml的氧化石墨烯溶液。
[0114]
向上述溶液中加入25 g抗坏血酸钠，混合均匀后在10℃静置反应24小时，得到化学还原的石墨烯溶液。
[0115]
向上述溶液中加入500 ml 30%的过氧化氢溶液，在15℃以转速100 r/min搅拌反应5分钟后，静置24小时，得到均匀分散的石墨烯溶液。
[0116]
使用400目滤网过滤上述溶液，得到黑色粘稠状样品。
[0117]
向上述样品中多次加入纯水，反复过滤除去杂质，直到滤液的电导率等于纯水，得到石墨烯均匀分散在纯水中的溶液。
[0118]
向上述溶液中多次加入n,n-二甲基甲酰胺，反复过滤，利用n,n-二甲基甲酰胺置换水，得到石墨烯均匀分散在n,n-二甲基甲酰胺中的溶液。
[0119]
实施例9。
[0120]
取1 g氧化石墨烯溶于5 l纯水，超声搅拌2小时，形成0.2 mg/ml的氧化石墨烯溶液。
[0121]
向上述溶液中加入40 g抗坏血酸，混合均匀后在0℃静置反应28小时，得到化学还原的石墨烯溶液。
[0122]
向上述溶液中加入1000 ml 30%的过氧化氢溶液，在5℃以转速100 r/min搅拌反应5分钟后，静置24小时，得到均匀分散的石墨烯溶液。
[0123]
使用300目滤网过滤上述溶液，得到黑色粘稠状样品。
[0124]
向上述样品中多次加入纯水，反复过滤除去杂质，直到滤液的电导率等于纯水，得到石墨烯均匀分散在纯水中的溶液。
[0125]
向上述溶液中多次加入n-甲基吡咯烷酮，反复过滤，利用n-甲基吡咯烷酮置换水，得到石墨烯均匀分散在n-甲基吡咯烷酮中的溶液。
[0126]
实施例10。
[0127]
取1 g氧化石墨烯溶于5 l纯水，超声搅拌2小时，形成0.2 mg/ml的氧化石墨烯溶液。
[0128]
向上述溶液中加入20 ml 25%的氨水溶液和15 g葡萄糖，在90℃以搅转速100 r/min拌反应2小时，得到化学还原的石墨烯溶液。
[0129]
向上述溶液中加入400 ml 30%的过氧化氢溶液，在5℃以转速100 r/min搅拌反应5分钟后，静置24小时，得到均匀分散的石墨烯溶液。
[0130]
使用300目滤网过滤上述溶液，得到黑色粘稠状样品。
[0131]
向上述样品中多次加入纯水，反复过滤除去杂质，直到滤液的电导率等于纯水，得到石墨烯均匀分散在纯水中的溶液。
[0132]
向上述溶液中多次加入乙醇，反复过滤，利用乙醇置换水，得到石墨烯均匀分散在乙醇中的溶液。
[0133]
将上述样品放入二氧化碳超临界干燥设备中，利用二氧化碳对样品中的乙醇进行置换，得到经过二氧化碳超临界干燥后的石墨烯材料。
[0134]
实施例11。
[0135]
取1 g氧化石墨烯溶于5 l纯水，超声搅拌2小时，形成0.2 mg/ml的氧化石墨烯溶液。
[0136]
在上述溶液中加入适量氨水，调节ph=11，再加入20 g葡萄糖，在90℃以转速600 r/min搅拌反应2小时，得到化学还原的石墨烯溶液。
[0137]
在上述溶液中加入13.5 g氯化铵和17.25 g亚硝酸钠，在85℃以转速100 r/min搅拌反应4小时，得到均匀分散的石墨烯溶液。
[0138]
使用300目滤网过滤上述溶液，得到黑色粘稠状样品。
[0139]
向上述样品中多次加入纯水，反复过滤除去杂质，直到滤液的电导率等于纯水，得到石墨烯均匀分散在纯水中的溶液。
[0140]
向上述溶液中多次加入过氧化氢溶液，反复过滤，利用过氧化氢溶液置换水，得到
石墨烯均匀分散在过氧化氢溶液中的溶液。
[0141]
实施例12。
[0142]
取1 g氧化石墨烯溶于5 l纯水，超声搅拌2小时，形成0.2 mg/ml的氧化石墨烯溶液。
[0143]
向上述溶液中加入适量氨水，调节ph=11，加入15 g葡萄糖，在90℃以转速120 r/min搅拌反应2小时，得到化学还原的石墨烯溶液。
[0144]
在上述溶液中加入20 g碳酸氢铵与20 g亚硝酸铵，在90℃以转速30 r/min搅拌反应3小时，得到均匀分散的石墨烯溶液。
[0145]
使用300目滤网过滤上述溶液，得到黑色粘稠状样品。
[0146]
向上述样品中多次加入纯水，反复过滤除去杂质，直到滤液的电导率等于纯水，得到石墨烯均匀分散在纯水中的溶液。
[0147]
向上述溶液中多次加入氯化钠溶液，反复过滤，利用氯化钠溶液置换水，得到石墨烯均匀分散在氯化钠溶液中的溶液。
[0148]
实施例13。
[0149]
取1 g氧化石墨烯溶于5 l纯水，超声搅拌2小时，形成0.2 mg/ml的氧化石墨烯溶液。
[0150]
向上述溶液中加入适量氨水，调节ph=11，加入20 g水合肼，在90℃以转速120 r/min搅拌反应2小时，得到化学还原的石墨烯溶液。
[0151]
向上述溶液中加入500 ml 30%的过氧化氢溶液，在20℃以转速100 r/min搅拌反应5分钟后，静置24小时，得到均匀分散的石墨烯溶液。
[0152]
使用400目滤网过滤上述溶液，得到黑色粘稠状样品。
[0153]
向上述样品中多次加入纯水，反复过滤除去杂质，直到滤液的电导率等于纯水，得到石墨烯均匀分散在纯水中的溶液。
[0154]
向上述溶液中多次加入乙醇，反复过滤，利用乙醇置换水，得到石墨烯均匀分散在乙醇中的溶液。
[0155]
向上述溶液中多次加入菜籽油，反复过滤，利用菜籽油置换乙醇，得到石墨烯均匀分散在菜籽油中的溶液。
[0156]
实施例14。
[0157]
取1 g氧化石墨烯溶于5 l纯水，超声搅拌2小时，形成0.2 mg/ml的氧化石墨烯溶液。
[0158]
向上述溶液中加入2 g抗坏血酸、13g草酸、5 g柠檬酸，混合均匀后在10℃静置反应32小时，得到化学还原的石墨烯溶液。
[0159]
在上述溶液中加入20 g 碳酸钠、20 ml 37%的氯化氢溶液、15 g铝粉，在20℃以转速100 r/min搅拌反应15分钟后，静置反应24小时，得到均匀分散的石墨烯溶液。
[0160]
使用400目滤网过滤上述溶液，得到黑色粘稠状样品。
[0161]
向上述样品中多次加入纯水，反复过滤除去杂质，直到滤液的电导率等于纯水，得到石墨烯均匀分散在纯水中的溶液。
[0162]
向上述溶液中多次加入乙醇，反复过滤，利用乙醇置换水，得到石墨烯均匀分散在乙醇中的溶液。
[0163]
向上述溶液中多次加入三氯甲烷，反复过滤，利用三氯甲烷置换乙醇，得到石墨烯均匀分散在三氯甲烷中的溶液。
[0164]
实施例15。
[0165]
取1 g氧化石墨烯溶于5 l纯水，超声搅拌2小时，形成0.2 mg/ml的氧化石墨烯溶液。
[0166]
向上述溶液中加入10 g水合肼和20 g草酸，混合均匀后在15℃静置反应24小时，得到化学还原的石墨烯溶液。
[0167]
向上述溶液中加入50 g碳酸氢钠和10 g铝粉，在15℃以转速100 r/min搅拌反应24小时，得到均匀分散的石墨烯溶液。
[0168]
使用400目滤网过滤上述溶液，得到黑色粘稠状样品。
[0169]
向上述样品中多次加入纯水，反复过滤除去杂质，直到滤液的电导率等于纯水，得到石墨烯均匀分散在纯水中的溶液。
[0170]
向上述溶液中多次加入乙醇，反复过滤，利用乙醇置换水，得到石墨烯均匀分散在乙醇中的溶液。
[0171]
向上述溶液中多次加入二甲苯，反复过滤，利用二甲苯置换乙醇，得到石墨烯均匀分散在二甲苯中的溶液。
[0172]
实施例16。
[0173]
取1 g氧化石墨烯溶于5 l纯水，超声搅拌2小时，形成0.2 mg/ml的氧化石墨烯溶液。
[0174]
向上述溶液中加入10 g抗坏血酸钠、10 g柠檬酸、10 g草酸，混合均匀后在15℃静置反应24小时，得到化学还原的石墨烯溶液。
[0175]
在上述溶液中加入10 ml 37%的氯化氢溶液、20 g锌粉，在20℃以转速100 r/min搅拌反应5分钟后，静置反应24小时，得到均匀分散的石墨烯溶液。
[0176]
使用400目滤网过滤上述溶液，得到黑色粘稠状样品。
[0177]
向上述样品中多次加入纯水，反复过滤除去杂质，直到滤液的电导率等于纯水，得到石墨烯均匀分散在纯水中的溶液。
[0178]
向上述溶液中多次加入乙腈，反复过滤，利用乙腈置换水，得到石墨烯均匀分散在乙腈中的溶液。
[0179]
实施例17。
[0180]
取1 g氧化石墨烯溶于5 l纯水，超声搅拌2小时，形成0.2 mg/ml的氧化石墨烯溶液。
[0181]
向上述溶液中加入适量氨水，调节ph=11，加入20 g葡萄糖，在90℃以转速120 r/min搅拌反应2小时，得到化学还原的石墨烯溶液。
[0182]
向上述溶液中加入400 ml 30%的过氧化氢溶液和20 g锌粉，在20℃以转速100 r/min搅拌反应5分钟后，静置反应24小时，得到均匀分散的石墨烯溶液。
[0183]
使用400目滤网过滤上述溶液，得到黑色粘稠状样品。
[0184]
向上述样品中多次加入纯水，反复过滤除去杂质，直到滤液的电导率等于纯水，得到石墨烯均匀分散在纯水中的溶液。
[0185]
向上述溶液中多次加入乙二醇，反复过滤，利用乙二醇置换水，得到石墨烯均匀分
散在乙二醇中的溶液。
[0186]
实施例18。
[0187]
取1 g氧化石墨烯溶于250 ml n,n-二甲基甲酰胺，超声搅拌2小时，形成4 mg/ml的氧化石墨烯溶液。
[0188]
向上述溶液中加入1 g抗坏血酸和4 g 硼氢化钠，在15℃以转速200 r/min搅拌反应6小时，得到化学还原的石墨烯溶液。
[0189]
在上述溶液中加入50 ml 30%的过氧化氢溶液，在20℃以转速200 r/min搅拌反应5分钟后，静置18小时，得到均匀分散的石墨烯溶液。
[0190]
使用300目滤网过滤上述溶液，得到黑色粘稠状样品。
[0191]
向上述溶液中多次加入n,n-二甲基甲酰胺，反复过滤，除去杂质，得到石墨烯均匀分散在n,n-二甲基甲酰胺中的溶液。
[0192]
实施例19。
[0193]
取1 g氧化石墨烯溶于5 l纯水，超声搅拌2小时，形成0.2 mg/ml的氧化石墨烯溶液。
[0194]
向上述溶液中加入5 g抗坏血酸和15 g草酸，混合均匀后在45℃静置反应12小时，得到化学还原的石墨烯溶液。
[0195]
在上述溶液中加入40 g碳酸氢钠，在20℃以转速100 r/min搅拌反应5分钟后，静置反应16小时，得到均匀分散的石墨烯溶液。
[0196]
使用350目滤网过滤上述溶液，得到黑色粘稠状样品。
[0197]
向上述样品中多次加入纯水，反复过滤除去杂质，直到滤液的电导率等于纯水，得到石墨烯均匀分散在纯水中的溶液。
[0198]
向上述溶液中多次加入甲醇和乙醇的混合溶液，反复过滤，利用甲醇和乙醇的混合溶液置换水，得到石墨烯均匀分散在甲醇/乙醇混合溶液中的溶液。
[0199]
将上述溶液通过喷雾干燥，得到干燥后的石墨烯。
[0200]
本发明效果总结。
[0201]
石墨烯的还原程度可以通过x射线衍射图谱来表征。氧化石墨烯表面含有大量的含氧官能团，含氧官能团使得石墨烯片层的晶面间距增大。还原除去含氧官能团后晶面间距变小。由晶体x射线衍射的布拉格定律：2dsinθ=nλ，根据图谱中特征峰的2θ角，可以计算出晶面间距d，从而判断石墨烯的还原效果。检测中使用的x射线波长为0.15406 nm，衍射级数n取1。图5为氧化石墨烯的x射线衍射图谱，2θ=12.93
º
，晶面间距d=0.717858 nm。图6为实施例1制备的石墨烯的x射线衍射图谱，2θ=25.22
º
，晶面间距d=0.352841 nm。明显看出，经过化学还原后的晶面间距d减小，表明化学还原除去了含氧官能团，石墨烯被还原。
[0202] 石墨烯在溶液中分散的均匀性可以通过测量浓度的平均值和标准差来判断。共测量12组样品，每组取7个样，根据测量值计算浓度的平均值和标准差。图5为石墨烯溶液（水溶液）浓度的测量结果，样品浓度平均值分布在5.85~6.01 mg/ml之间，标准差在0.042~0.108 mg/ml之间。图6为石墨烯溶液（乙醇溶液）浓度的测量结果，样品浓度平均值分布在5.91~6.00 mg/ml之间，标准差在0.051~0.112 mg/ml之间。考虑实验误差，各样品的标准差很小，浓度很均匀，说明石墨烯在水和乙醇中分散的均匀性很好。加入分散剂后，石墨烯表面吸附了气体，片层间的空间更多，更有利于其他材料进入片层间形成复合材料。溶液置换
后，少量气体逸出，分散的均匀性不变。综上所述，本发明有利于石墨烯与其他材料进行复合，使得石墨烯在下游行业有了更多的应用场景。
[0203]
本发明除去石墨烯中杂质的效果可以用溶液的电导率说明，溶液电导率越低，说明杂质含量越少。图7为石墨烯溶液电导率，过滤前的电导率都很高，多次过滤后的电导率等于溶液的电导率，说明除去了溶液中的杂质。除去的杂质包括但不限于：（1）石墨粉中含有的杂质；（2）制备氧化石墨烯时使用的硫酸、硝酸盐、氯酸盐、高锰酸钾、盐酸、磷酸等试剂引入的钠、钾、锰、硫、氮、氯、磷等杂质元素；（3）未反应的还原剂、化学还原产物；（4）制备石墨烯溶液时引入的杂质。该方法简单快速高效，有助于降低石墨烯的生产成本，是一种高效可行的提纯方式。
[0204]
综上所述，本发明提供一种制备石墨烯的方法，在还原石墨烯的同时，使得石墨烯均匀分散在各类溶液中，并能高效便捷地除去石墨烯中的各类杂质。分散石墨烯的溶液包括各类无机溶剂（液）、有机溶剂（液）、以及无机溶剂（液）与有机溶剂（液）组成的混合溶液。除去的杂质包括：石墨粉中的杂质、制备时引入的杂质、还原时引入的杂质、制备石墨烯溶液时引入的杂质。本发明有助于提高石墨烯的品质，降低石墨烯的生产成本，并能方便地调节石墨烯溶液的浓度。
[0205]
本发明未尽事宜为公知技术。
[0206]
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种制备石墨烯的方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，将氧化石墨烯溶液中加入还原剂进行反应，得到化学还原的石墨烯溶液；第二步，将第一步得到的溶液加入分散剂混合后反应，得到石墨烯均匀分散的含有杂质的溶液；第三步，将第二步得到的溶液加入溶剂（液）过滤和置换，除去石墨烯溶液中的杂质，得到除去杂质后的石墨烯均匀分散的溶液。2.权利要求1所述的制备石墨烯的方法，其特征在于，第一步所述还原剂为以下一种或多种混合：有机酸、硼氢化物、柠檬酸盐、抗坏血酸盐、醇类、糖类、氨基酸、含硫还原剂、含氮还原剂、还原性植物提取物、金属、无机酸、碱类；氧化石墨烯与还原剂的质量比为1:（1~200）。3.权利要求1所述的制备石墨烯的方法，其特征在于，第一步所述化学还原的反应时间为0至120小时，反应温度为-10℃~100℃，反应的搅拌转速为0~3000 r/min。4.权利要求1所述的制备石墨烯的方法，其特征在于，第二步所述分散剂为以下一种或多种混合：过氧化物、超氧化物、过碳酸盐、过硫酸盐、高锰酸及高锰酸盐、锰酸盐、高铁酸及高铁酸盐、氯酸及氯酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐、硫酸氢盐、铵盐、重铬酸及重铬酸盐、碘酸及碘酸盐、溴酸及溴酸盐、亚硝酸及亚硝酸盐、金属、金属氢化物、酸类、碱类、过硼酸盐、卤素互化物。5.权利要求1所述的制备石墨烯的方法，其特征在于，第二步所述分散剂质量与初始氧化石墨烯质量比为（1~1000）:1。6.权利要求1所述的制备石墨烯的方法，其特征在于，第二步所述将第一步得到的溶液加入分散剂混合后反应的时间为1分钟~120小时，反应温度为-10℃~100℃，反应搅拌转速为0~3000 r/min。7.权利要求1所述的制备石墨烯的方法，其特征在于，第三步所述过滤和置换的方式为以下一种或多种组合：常压过滤、减压过滤、加压过滤、重力过滤、真空过滤、离心过滤、透析、浸泡置换；使用的设备是以下一种或多种组合：目数为10~5000目的滤网、滤膜、滤袋、滤纸。8.权利要求1所述的制备石墨烯的方法，其特征在于，第三步所述加入溶剂（液）过滤和置换，使用的溶剂（液）为以下三种之一：无机溶剂（液）、有机溶剂（液）、无机溶剂（液）与有机溶剂（液）组成的混合溶液；其中无机溶剂（液）为以下任意一种：水、在水中加入溶质形成的溶液；其中有机溶剂（液）为以下一种或多种混合：烃类溶剂（液）、卤代烃类溶剂（液）、醇类溶剂（液）、酚类溶剂（液）、醚类溶剂（液）、醛类溶剂（液）、酮类溶剂（液）、酯类溶剂（液）、酸和酸酐类溶剂（液）、胺类溶剂（液）、酰胺类溶剂（液）、腈类溶剂（液）、含氮化合物溶剂（液）、含硫化合物溶剂（液），以及在上述各类有机溶剂（液）中加入溶质形成的溶液。9.权利要求1所述的制备石墨烯的方法，其特征在于，第三步所述除去石墨烯溶液中的杂质，是指将石墨烯均匀分散的含有杂质的溶液加入溶剂（液）过滤和置换，直到石墨烯溶液中杂质的含量达到下游应用对石墨烯溶液中杂质含量的要求标准，得到除去杂质后的石墨烯均匀分散的溶液。10.权利要求1所述的制备石墨烯的方法，其特征在于，第三步所述过滤和置换，还包括将石墨烯均匀分散在第一溶剂（液）中的溶液，使用第二溶剂（液）过滤和置换，得到石墨烯
均匀分散在第二溶剂（液）中的溶液，过滤和置换使用的溶剂（液）为以下三种之一：无机溶剂（液）、有机溶剂（液）、无机溶剂（液）与有机溶液组成的混合溶液；其中无机溶剂（液）为以下任意一种：水、在水中加入溶质形成的溶液；有机溶剂（液）为以下一种或多种混合：烃类溶剂（液）、卤代烃类溶剂（液）、醇类溶剂（液）、酚类溶剂（液）、醚类溶剂（液）、醛类溶剂（液）、酮类溶剂（液）、酯类溶剂（液）、酸和酸酐类溶剂（液）、胺类溶剂（液）、酰胺类溶剂（液）、腈类溶剂（液）、含氮化合物溶剂（液）、含硫化合物溶剂（液），以及在上述各类有机溶剂（液）中加入溶质形成的溶液。

技术总结
本发明公开了一种石墨烯的制备方法，属于纳米材料技术领域。本发明首先将氧化石墨烯溶液中加入还原剂，利用化学方法进行还原，再对还原后的产物进行分散，最后通过不同溶剂（液）过滤和置换，除去了各种杂质，同时使得石墨烯均匀分散在各种溶剂（液）中。本发明的意义在于使得石墨烯均匀分散在各类溶剂（液）中，同时高效除去了石墨烯中的各类杂质，降低了石墨烯的制备成本。使用本发明方法制备的石墨烯纯度高、分散均匀性好、分散稳定性好、可重复性高，具有应用推广的可能性。具有应用推广的可能性。具有应用推广的可能性。


技术研发人员：杨盛贤
受保护的技术使用者：曲靖华金雨林科技有限责任公司
技术研发日：2022.03.13
技术公布日：2023/9/22