一种利用糖类物质中的碳宏量获取高质量石墨烯的方法

1.本发明涉及一种制备高质量石墨烯的方法。


背景技术：

2.碳(石墨)材料具有良好的耐高温、抗热震性能，以及优异的化学稳定性，兼具良好的导电和导热性，是一种重要的非金属材料。石墨烯是由单一碳原子紧密堆积而成的二维蜂窝状平面结构，厚度仅为0.335nm，是目前世界上已知的最薄的材料。石墨烯拥有奇特的二维结构和优异的电学、力学、光学以及热学性质，在一些特殊行业和高科技领域内有着举足轻重的地位，是当前碳材料研究领域的热点。在半导体、传感器等高科技领域应用的石墨烯强调高质量低缺陷，一般产品难以满足对石墨烯高质量的要求。因而，高质量、低成本石墨烯的开发、生产已成为其向更宽、更深领域发展亟需解决的问题之一。
3.自2004年石墨烯发现以来，人们根据石墨烯的物理和化学特性，使用各种方法用来制备石墨烯。主要可以分为剥离石墨制备石墨烯的自上而下的方法和小分子合成石墨烯的自下而上的方法。自上而下法包括机械剥离法和氧化还原法等，自下而上法包括热解sic外延生长法和化学气相沉积法等。
4.机械剥离法的原理基于石墨层片和石墨烯结构之间的关系。2004年，英国曼彻斯特大学的geim等人将高定向的石墨薄片粘在胶带上；然后将胶带对折粘住石墨片另一片，随之撕开胶带，这样石墨就完成了第一次分离；不断重复这一过程，片状石墨愈来愈薄，最终可以获得一系列不同层数的石墨烯纳米片。这种方法高度可控，方法简单，可获得不同层数的石墨烯纳米片，最大尺寸可达到10μm左右。同时，得到的石墨烯晶体结构完整，缺陷较少，因此可以应用于微电子系统中的纳米器件等方面。但是这种方法无法控制石墨烯纳米片的大小并且难以实现规模化生产，阻碍了其在工业生产中的应用和推广。但是这种方法帮助人类首次认识到了二维晶体石墨烯的存在，因此具有巨大的里程碑意义。
5.氧化还原法即利用某种条件使处于溶液中的石墨与强氧化剂反应，从而在石墨的片层间带上羧基、羟基等基团，即生成氧化石墨；随后，将氧化石墨分散于溶剂或水中，使用超声波振荡处理，这样就很容易形成分散均匀的少层氧化石墨烯分散液；最后使用不同的还原剂或还原方法对氧化石墨烯进行还原，以除去片层上的大多数含氧官能团，最后便得到了石墨烯。目前制备氧化石墨烯的方法有brodie法、hummer法、staudenmainer法三种，其中hummer法因为操作简单，周期短，污染小等特点得到广泛的应用。氧化还原法制备石墨烯是实现工业化宏量生产的方法之一，与其它方法相比，氧化还原法具有成本低廉、设备简易、产量大等诸多优点。但是其工艺过程较为复杂，并且氧化过程在石墨烯晶体结构中引入了大量缺陷，难以制备高质量的石墨烯。
6.热解sic外延生长法是基于晶格匹配，在sic晶体结构上生长出石墨烯晶体的方法。热解sic外延生长法本质上就是一种碳原子的重构化学反应，即以sic单晶作为前驱体，通过超高真空高温加热使其脱除si，剩下的碳原子发生重构，即可在sic单晶片表面外延生长石墨烯。通过对其工艺参数进行调控，利用sic外延法还可实现单层和多层石墨烯的可控
制备。热解sic外延生长法是有可能获得大面积、高质量石墨烯的制备方法，所制备的石墨烯不仅具有良好的均一性，而且能与当前的集成电路很好地兼容。但是由于该方法的制备条件苛刻，如高温、超高真空和使用单晶基体等，限制了其在除了集成电路以外的其他领域大规模应用，而且这种制备方法的设备成本同样高昂。
7.化学气相沉积(cvd)法是可控制备大面积石墨烯的一种最常用的方法，它的主要原理是利用平面金属作为基底和催化剂，在高温环境中通入一定量的碳源前驱体和氢气，碳源前驱体裂解得到的碳原子在金属基板上沉积得到石墨烯。cvd法制备石墨烯的生长机理主要可以分为两种。一种是渗碳析碳机制，即对于镍等具有较高溶碳量的金属基体，碳源裂解产生的碳原子在高温时渗入金属基体内，在降温时再从其内部析出成核，进而生长成石墨烯；第二种是表面生长机制，即对于铜等具有较低溶碳量的金属基体，高温下气态碳源裂解生成的碳原子吸附在金属表面，进而成核生长形成“石墨烯岛”，并通过“石墨烯岛”的长大、合并得到连续的石墨烯薄膜。通常为了确保实验的安全性，体系中还通入氩气加以保护。cvd法制备的石墨烯通常具有较大的面积，以及较高的质量，晶体结构缺陷少，并且制备的石墨烯层数可控。但是以含碳气源作为原料使其制备成本居高不下，很难应用于工业化生产。
8.固态碳源催化法是在化学气相沉积法的基础上发展而来。固态碳源催化法是利用固态碳源在金属基底表面高温分解生长石墨烯，与化学气象沉积法相比，这种方法的不同之处在于把气态碳源换成固态碳源，从而在一定程度上解决了cvd法难以控制的难点，并在一定程度上降低了成本。目前采用的固态碳源主要包括非晶碳和各种含碳有机物等。
9.除上述方法外，研究人员们还利用化学吹制法制备三维石墨烯，以期降低制备石墨烯的成本，但是以这种方法制备的石墨烯质量难以令人满意；以3d打印技术制备特定形状的高质量石墨烯，但其设备成本高昂，一般实验室尚无法应用，更无法用于大规模工业化生产。和上述四种制备方法一样，用来制备高质量石墨烯的方法很难控制其成本，因而制约了其大规模的工业化生产，主要在一些特殊用途条件下才使用；以价格低廉的方法制备的石墨烯质量却又难以令人满意，进而阻碍了其在高科技领域的应用。
10.水溶性糖类物质如庶糖、葡萄糖、果糖等，通常被称为碳水化合物，是从自然界可循环再生的植物体中提取的材料，取之不尽，用之不竭，价廉易得。可以设想，如果将糖类物质中的水脱除掉并使碳保留，再使碳原子层薄至几个原子厚的程度，就可以获得纯净无杂质的高质量石墨烯。中国古老的吹糖人艺术教给我们一种最简单的方法，即通过鼓气使具有一定粘度的糖浆充分变薄并得到造型各异的“糖人”，就是一种使糖类物质中碳原子层充分变薄的实例。后续将得到的糖浆进行退火处理，有希望得到几个原子层厚的石墨烯材料。但这一过程会会因h2o、co2等气体急速生成而出现不可控发泡情况，体积不可控膨胀，会给后续使用带来很多不便。最近有文献报道用蔗糖作为碳源、以氯化铵作为无机发泡剂制备三维石墨烯，这种方法虽然得到具有石墨烯特征的三维组装材料，但是无法解决蔗糖不可控发泡的问题，造成制备的三维组装材料质量均匀性较差，且质量一般较差，很难直接实际应用于生产生活中。
11.还有一种方法是以糖类物质如葡萄糖作为碳源，通过固态碳源cvd法制备石墨烯。具体操作过程如下：首先将糖类物质放置在铜箔或者镍箔等金属催化剂基板上；然后将二者一起放置在cvd炉中，加热至1000℃，并通入h2/ar混合气体，石墨烯便可在碳源同侧或对
侧生长；最后用氯化铁和盐酸去除掉金属基板，便可得到二维石墨烯。这种方法解决了糖类物质不可控发泡的问题，并且得到了可媲美气态碳源cvd法制备的高质量石墨烯。但是这种方法操作复杂，且单次产量很低，只能用于实验室小规模制备，同样无法应用于工业化批量生产中。更重要的是，这种方法只能得到二维石墨烯，无法得到三维石墨烯，因此在后续应用中还需要将其组装成三维结构，为后续应用造成了不便。


技术实现要素：

12.本发明的目的是为解决以往用天然石墨作为原料采用自上而下的方法和以小分子碳源作为原料采用自下而上的方法制备石墨烯存在的制备工艺复杂，制备成本高昂，难以制备高质量的石墨烯的问题，而提供一种利用糖类物质中的碳宏量获取高质量石墨烯的方法。
13.本发明提供了一种以高纯度庶糖、葡萄糖、果糖、淀粉和纤维素等糖类物质为碳源，宏量获取高质量石墨烯的制备方法。
14.为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：
15.一种利用糖类物质中的碳宏量获取高质量石墨烯的方法，所述方法以糖类物质为碳源材料，球形金属镍粉为催化剂和模板；首先将糖类物质溶于水或使其在水中均匀分散；然后加入镍粉，在80℃～100℃的水浴条件下进行剧烈机械搅拌，随着水分蒸发，糖类物质在镍粉上发生重结晶或在镍粉上均匀包覆，研磨干燥后得到复合粉体；将得到的复合粉体经过放电等离子烧结，得到石墨烯/镍复合材料；最后用硝酸溶液将金属镍刻蚀，即可得到高质量石墨烯。
16.一种利用糖类物质中的碳宏量获取高质量石墨烯的方法，具体是按以下步骤完成的：
17.一、配制水溶性糖类镍粉悬浮液和不溶性糖类镍粉悬浮液：
18.①
、将水溶性糖类溶解到水中，得到水溶性糖类物质的水溶液；向水溶性糖类物质的水溶液中加入球形金属镍粉，得到水溶性糖类镍粉悬浮液；
19.步骤一
①
中所述的水溶性糖类镍粉悬浮液中水、水溶性糖类、球形金属镍粉的质量比为1000:100:(1～100)；
20.②
、将不溶性糖类分散到水中，再加入球形金属镍粉，分散均匀，得到不溶性糖类镍粉悬浮液；
21.步骤一
②
中所述的不溶性糖类镍粉悬浮液中水、不溶性糖类、球形金属镍粉的质量比为1000:100:(5～100)；
22.二、制备糖/镍复合粉体：
23.将水溶性糖类镍粉悬浮液或不溶性糖类镍粉悬浮液在60℃～100℃下进行搅拌反应；待水分完全蒸干后，使用研钵将固形物粉碎，并在烘箱中烘干，得到糖/镍复合粉体；
24.三、放电等离子烧结处理：
25.将糖/镍复合粉体放置在石墨模具中，然后置于放电等离子烧结系统中，再在真空或惰性气体保护下升温至烧结温度进行烧结，烧结结束，随炉冷却至室温，得到石墨烯/镍复合材料；
26.四、刻蚀金属镍：
27.将石墨烯/镍复合材料置于装有硝酸的容器中，再放置在一定温度的恒温箱中刻蚀一段时间；刻蚀结束后将硝酸去除，对得到的固形物进行干燥，得到高质量石墨烯。
28.与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
29.一、蔗糖、葡萄糖、果糖、淀粉和纤维素等糖类物质是从自然界中可循环再生的植物体中提取的材料，取之不尽，廉价易得，无毒无害，作为碳水化合物，除水后没有其他杂质；本发明从原材料入手，可以较容易地制取纯净的石墨烯材料；
30.二、与一般高分子树脂不同，葡萄糖、果糖是含有一个六元环，而庶糖是含有两个六元环的小分子有机物，均属于易石墨化物质；碳中间体通过超低温放电等离子烧结，便可获得从无定形态到完全石墨化的石墨烯材料；
31.三、不同于机械剥离法、氧化还原法、热解sic外延生长法和化学气相沉积法，通过放电等离子烧结法制备石墨烯是一种新颖的制备方法，至今未见文献报道；并且通过放电等离子烧结系统制备的石墨烯，在800℃时即可得到晶型完美、缺陷较少，石墨化度极高的石墨烯材料，低温短时制备节约了能源，符合绿色化学的要求；
32.四、本发明整个工艺过程均非常简便，基本不存在环境和设备污染问题，原料来源广泛，工艺简单方便，金属盐溶液经收集后可回收利用；通过放电等离子烧结系统提供的温度场和应力场将糖类物质中的碳固定并进行石墨化转化，抑制其加热分解过程中的不可控发泡问题，最终实现高质量石墨烯的可控制备；通过调整石墨模具尺寸，可以很容易的实现宏量获取高质量石墨烯，有希望开辟一条工业化生产高质量石墨烯的道路。
33.本发明可获得高质量石墨烯。
附图说明
34.图1为以蔗糖为碳源在1000℃温度下制备的石墨烯/镍复合材料的宏观照片；
35.图2为以蔗糖为碳源在1000℃温度下制备的石墨烯/镍复合材料中石墨烯的微观照片；
36.图3为以蔗糖为碳源在1000℃温度下制备的高质量石墨烯的拉曼谱；
37.图4为以蔗糖为碳源在1000℃温度下制备的高质量石墨烯的xrd谱；
38.图5为以蔗糖为碳源在1000℃温度下制备的高质量石墨烯的xps谱中c1s分峰谱；
39.图6为以不同碳源在1000℃温度下制备的高质量石墨烯的拉曼谱；
40.图7为以蔗糖为碳源在不同温度条件下制备的高质量石墨烯拉曼谱。
具体实施方式
41.以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。
42.具体实施方式一：本实施方式一种利用糖类物质中的碳宏量获取高质量石墨烯的方法，具体是按以下步骤完成的：
43.一、配制水溶性糖类镍粉悬浮液和不溶性糖类镍粉悬浮液：
44.①
、将水溶性糖类溶解到水中，得到水溶性糖类物质的水溶液；向水溶性糖类物质的水溶液中加入球形金属镍粉，得到水溶性糖类镍粉悬浮液；
45.步骤一
①
中所述的水溶性糖类镍粉悬浮液中水、水溶性糖类、球形金属镍粉的质量比为1000:100:(1～100)；
46.②
、将不溶性糖类分散到水中，再加入球形金属镍粉，分散均匀，得到不溶性糖类镍粉悬浮液；
47.步骤一
②
中所述的不溶性糖类镍粉悬浮液中水、不溶性糖类、球形金属镍粉的质量比为1000:100:(5～100)；
48.二、制备糖/镍复合粉体：
49.将水溶性糖类镍粉悬浮液或不溶性糖类镍粉悬浮液在60℃～100℃下进行搅拌反应；待水分完全蒸干后，使用研钵将固形物粉碎，并在烘箱中烘干，得到糖/镍复合粉体；
50.三、放电等离子烧结处理：
51.将糖/镍复合粉体放置在石墨模具中，然后置于放电等离子烧结系统中，再在真空或惰性气体保护下升温至烧结温度进行烧结，烧结结束，随炉冷却至室温，得到石墨烯/镍复合材料；
52.四、刻蚀金属镍：
53.将石墨烯/镍复合材料置于装有硝酸的容器中，再放置在一定温度的恒温箱中刻蚀一段时间；刻蚀结束后将硝酸去除，对得到的固形物进行干燥，得到高质量石墨烯。
54.具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤一
①
中所述的水溶性糖类为水溶性庶糖、水溶性葡萄糖和水溶性果糖中的一种或其中几种的混合物。其它步骤与具体实施方式一相同。
55.具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：步骤一
①
中将水溶性糖类物质的水溶液在离子交换柱中反复过滤去除杂质直至水溶性糖类的纯度为98.00％～99.99％，再向水溶性糖类物质的水溶液中加入球形金属镍粉，得到水溶性糖类镍粉悬浮液。其它步骤与具体实施方式一或二相同。
56.具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤一
②
中所述的不溶性糖类为不溶性淀粉和不溶性纤维素中的一种或两种的混合物。其它步骤与具体实施方式一至三相同。
57.具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤二中所述的烘箱的温度为60℃～100℃；步骤二中所述的烘干的时间为24h～48h。其它步骤与具体实施方式一至四相同。
58.具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤三中所述的烧结温度为800℃～1400℃；步骤三中所述的烧结压力为0mpa～70mpa。其它步骤与具体实施方式一至五相同。
59.具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤三中所述的烧结的升温的速率为5℃/min～300℃/min；步骤三中所述的烧结的时间为10min～60min。其它步骤与具体实施方式一至六相同。
60.具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：步骤三中所述的惰性气体为氮气或者氩气。其它步骤与具体实施方式一至七相同。
61.具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：步骤四中所述的硝酸的质量分数为5％～63.5％；步骤四中所述的恒温箱的温度为20℃～100℃。其它
步骤与具体实施方式一至八相同。
62.具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是：步骤四中所述的刻蚀的时间为1h～24h；步骤四中所述的高质量石墨烯中杂质原子质量含量为0.05％～0.1％。其它步骤与具体实施方式一至九相同。
63.采用以下实施例验证本发明的有益效果：
64.实施例1：一种利用糖类物质中的碳宏量获取高质量石墨烯的方法，具体是按以下步骤完成的：
65.一、配制水溶性糖类镍粉悬浮液：
66.将20g分析纯蔗糖(c
12h22o11
)溶解到200g水中，得到蔗糖水溶液；向蔗糖水溶液中加入20g球形金属镍粉(2μm)，得到水溶性糖类镍粉悬浮液；
67.步骤一中将蔗糖水溶液在离子交换柱中反复过滤去除杂质直至蔗糖的纯度为99％以上，再向蔗糖水溶液中加入球形金属镍粉，得到水溶性糖类镍粉悬浮液；
68.二、制备糖/镍复合粉体：
69.将水溶性糖类镍粉悬浮液在60℃和搅拌速度为1000r/min的条件下进行搅拌反应；待水分完全蒸干后，使用研钵将固形物粉碎，并在100℃的烘箱中烘干48h，得到糖/镍复合粉体；
70.三、放电等离子烧结处理：
71.将糖/镍复合粉体放置在直径40mm的石墨模具中，并安装石墨垫片和上下压头，安装完毕后，将石墨模具置于放电等离子烧结系统中，再在氩气气氛保护下以10℃/min的升温速度升温至烧结温度，再在烧结温度和压力为70mpa下保温30min，烧结结束，随炉冷却至室温，得到石墨烯/镍复合材料(石墨烯/镍复合材料经称重质量为23.2g，宏观照片如图1所示，微观形貌如图2所示)；
72.步骤三中所述的烧结温度为1000℃；
73.四、刻蚀金属镍：
74.将石墨烯/镍复合材料置于装有质量分数为10％的硝酸的容器中，再放置在100℃的恒温箱中刻蚀13h；最后过滤，得到黑色粉末状物体，对得到的黑色粉末状物体进行干燥，得到高质量石墨烯(石墨烯经称重质量为3.2g，所得石墨烯的拉曼谱如图3所示，所得石墨烯的xrd谱如图4所示，所得石墨烯的xps谱中c1s分峰谱如图5所示)；
75.步骤四中所述的高质量石墨烯中杂质原子质量含量为0.1％以下。
76.图1为以蔗糖为碳源在1000℃温度下制备的石墨烯/镍复合材料的宏观照片；
77.从图1可知；光学图像显示，放电等离子烧结后金属镍和石墨烯烧结成为块体，保持了完整的结构。
78.图2为以蔗糖为碳源在1000℃温度下制备的石墨烯/镍复合材料中石墨烯的微观照片；
79.从图2可知：sem图像显示，糖类物质在金属镍的催化作用下形成了二维结构的石墨烯材料。
80.图3为以蔗糖为碳源在1000℃温度下制备的高质量石墨烯的拉曼谱；
81.从图3可知；raman光谱显示，生成的石墨烯材料缺陷较少，且存在2d峰，具有明显的少层石墨烯特征。
82.图4为以蔗糖为碳源在1000℃温度下制备的高质量石墨烯的xrd谱；
83.从图4可知；xrd图谱显示，得到的石墨烯材料结晶度极高。
84.图5为以蔗糖为碳源在1000℃温度下制备的高质量石墨烯的xps谱中c1s分峰谱；
85.从图5可知；xps图谱显示，得到的石墨烯材料中c元素分别以c-c，c＝c和c-o键的形式存在。
86.实施例2：本实施例与实施例1的不同点是：步骤一中将20g分析纯葡萄糖(c6h
12
o6)溶解到200g水中，得到葡萄糖水溶液；向葡萄糖水溶液中加入20g球形金属镍粉(2μm)，得到水溶性糖类镍粉悬浮液。其它步骤及参数与实施例1均相同。、
87.实施例3：本实施例与实施例1的不同点是：步骤一中将20g分析纯果糖(c6h
12
o6)溶解到200g水中，得到果糖水溶液；向果糖水溶液中加入20g球形金属镍粉(2μm)，得到水溶性糖类镍粉悬浮液。其它步骤及参数与实施例1均相同。
88.实施例4：一种利用糖类物质中的碳宏量获取高质量石墨烯的方法，具体是按以下步骤完成的：
89.一、配制不溶性糖类镍粉悬浮液：
90.将20g分析纯淀粉((c6h
10
o5)n)分散到200g水中，再加入20g球形金属镍粉(2μm)，分散均匀，得到不溶性糖类镍粉悬浮液；
91.二、制备糖/镍复合粉体：
92.将不溶性糖类镍粉悬浮液在60℃和搅拌速度为1000r/min的条件下进行搅拌反应；待水分完全蒸干后，使用研钵将固形物粉碎，并在100℃的烘箱中烘干48h，得到糖/镍复合粉体；
93.三、放电等离子烧结处理：
94.将糖/镍复合粉体放置在直径40mm的石墨模具中，并安装石墨垫片和上下压头，安装完毕后，将石墨模具置于放电等离子烧结系统中，再在氩气气氛保护下以10℃/min的升温速度升温至烧结温度，再在烧结温度和压力为70mpa下保温30min，烧结结束，随炉冷却至室温，得到石墨烯/镍复合材料；
95.步骤三中所述的烧结温度为1000℃；
96.四、刻蚀金属镍：
97.将石墨烯/镍复合材料置于装有质量分数为10％的硝酸的容器中，再放置在100℃的恒温箱中刻蚀13h；最后过滤，得到黑色粉末状物体，对得到的黑色粉末状物体进行干燥，得到高质量石墨烯。
98.实施例5：一种利用糖类物质中的碳宏量获取高质量石墨烯的方法，具体是按以下步骤完成的：
99.一、配制不溶性糖类镍粉悬浮液：
100.将20g分析纯纤维素((c6h
10
o5)n)分散到200g水中，再加入20g球形金属镍粉(2μm)，分散均匀，得到不溶性糖类镍粉悬浮液；
101.二、制备糖/镍复合粉体：
102.将不溶性糖类镍粉悬浮液在60℃和搅拌速度为1000r/min的条件下进行搅拌反应；待水分完全蒸干后，使用研钵将固形物粉碎，并在100℃的烘箱中烘干48h，得到糖/镍复合粉体；
103.三、放电等离子烧结处理：
104.将糖/镍复合粉体放置在直径40mm的石墨模具中，并安装石墨垫片和上下压头，安装完毕后，将石墨模具置于放电等离子烧结系统中，再在氩气气氛保护下以10℃/min的升温速度升温至烧结温度，再在烧结温度和压力为70mpa下保温30min，烧结结束，随炉冷却至室温，得到石墨烯/镍复合材料；
105.步骤三中所述的烧结温度为1000℃；
106.四、刻蚀金属镍：
107.将石墨烯/镍复合材料置于装有质量分数为10％的硝酸的容器中，再放置在100℃的恒温箱中刻蚀13h；最后过滤，得到黑色粉末状物体，对得到的黑色粉末状物体进行干燥，得到高质量石墨烯。
108.实施例1～5分别以5种原料制备的石墨烯的拉曼谱如图6所示；
109.图6为以不同碳源在1000℃温度下制备的高质量石墨烯的拉曼谱；
110.从图6可知；各种糖类物质均可以实现少层石墨烯材料的制备。
111.实施例6：本实施例与实施例1的不同点是：步骤三中所述的烧结温度为600℃。其它步骤及参数与实施例1均相同。
112.实施例7：本实施例与实施例1的不同点是：步骤三中所述的烧结温度为800℃。其它步骤及参数与实施例1均相同。
113.实施例8：本实施例与实施例1的不同点是：步骤三中所述的烧结温度为1200℃。其它步骤及参数与实施例1均相同。
114.实施例1、实施例6～8以蔗糖为碳源在不同温度条件下制备的高质量石墨烯拉曼谱见图7所示；
115.图7为以蔗糖为碳源在不同温度条件下制备的高质量石墨烯拉曼谱。
116.从图7可知：sps处理温度越高，所得到的石墨烯材料缺陷越少。

技术特征：
1.一种利用糖类物质中的碳宏量获取高质量石墨烯的方法，其特征在于该方法具体是按以下步骤完成的：一、配制水溶性糖类镍粉悬浮液和不溶性糖类镍粉悬浮液：
①
、将水溶性糖类溶解到水中，得到水溶性糖类物质的水溶液；向水溶性糖类物质的水溶液中加入球形金属镍粉，得到水溶性糖类镍粉悬浮液；步骤一
①
中所述的水溶性糖类镍粉悬浮液中水、水溶性糖类、球形金属镍粉的质量比为1000:100:(1～100)；
②
、将不溶性糖类分散到水中，再加入球形金属镍粉，分散均匀，得到不溶性糖类镍粉悬浮液；步骤一
②
中所述的不溶性糖类镍粉悬浮液中水、不溶性糖类、球形金属镍粉的质量比为1000:100:(5～100)；二、制备糖/镍复合粉体：将水溶性糖类镍粉悬浮液或不溶性糖类镍粉悬浮液在60℃～100℃下进行搅拌反应；待水分完全蒸干后，使用研钵将固形物粉碎，并在烘箱中烘干，得到糖/镍复合粉体；三、放电等离子烧结处理：将糖/镍复合粉体放置在石墨模具中，然后置于放电等离子烧结系统中，再在真空或惰性气体保护下升温至烧结温度进行烧结，烧结结束，随炉冷却至室温，得到石墨烯/镍复合材料；四、刻蚀金属镍：将石墨烯/镍复合材料置于装有硝酸的容器中，再放置在一定温度的恒温箱中刻蚀一段时间；刻蚀结束后将硝酸去除，对得到的固形物进行干燥，得到高质量石墨烯。2.根据权利要求1所述的一种利用糖类物质中的碳宏量获取高质量石墨烯的方法，其特征在于步骤一
①
中所述的水溶性糖类为水溶性庶糖、水溶性葡萄糖和水溶性果糖中的一种或其中几种的混合物。3.根据权利要求1所述的一种利用糖类物质中的碳宏量获取高质量石墨烯的方法，其特征在于步骤一
①
中将水溶性糖类物质的水溶液在离子交换柱中反复过滤去除杂质直至水溶性糖类的纯度为98.00％～99.99％，再向水溶性糖类物质的水溶液中加入球形金属镍粉，得到水溶性糖类镍粉悬浮液。4.根据权利要求1所述的一种利用糖类物质中的碳宏量获取高质量石墨烯的方法，其特征在于步骤一
②
中所述的不溶性糖类为不溶性淀粉和不溶性纤维素中的一种或两种的混合物。5.根据权利要求1所述的一种利用糖类物质中的碳宏量获取高质量石墨烯的方法，其特征在于步骤二中所述的烘箱的温度为60℃～100℃；步骤二中所述的烘干的时间为24h～48h。6.根据权利要求1所述的一种利用糖类物质中的碳宏量获取高质量石墨烯的方法，其特征在于步骤三中所述的烧结温度为800℃～1400℃；步骤三中所述的烧结压力为0mpa～70mpa。7.根据权利要求1所述的一种利用糖类物质中的碳宏量获取高质量石墨烯的方法，其特征在于步骤三中所述的烧结的升温的速率为5℃/min～300℃/min；步骤三中所述的烧结
的时间为10min～60min。8.根据权利要求1所述的一种利用糖类物质中的碳宏量获取高质量石墨烯的方法，其特征在于步骤三中所述的惰性气体为氮气或者氩气。9.根据权利要求1所述的一种利用糖类物质中的碳宏量获取高质量石墨烯的方法，其特征在于步骤四中所述的硝酸的质量分数为5％～63.5％；步骤四中所述的恒温箱的温度为20℃～100℃。10.根据权利要求1所述的一种利用糖类物质中的碳宏量获取高质量石墨烯的方法，其特征在于步骤四中所述的刻蚀的时间为1h～24h；步骤四中所述的高质量石墨烯中杂质原子质量含量为0.05％～0.1％。

技术总结
一种利用糖类物质中的碳宏量获取高质量石墨烯的方法，它涉及一种制备高质量石墨烯的方法。本发明的目的是为解决以往用天然石墨作为原料采用自上而下的方法和以小分子碳源作为原料采用自下而上的方法制备石墨烯存在的制备工艺复杂，制备成本高昂，难以制备高质量的石墨烯的问题。方法：一、配制水溶性糖类镍粉悬浮液和不溶性糖类镍粉悬浮液；二、制备糖/镍复合粉体；三、放电等离子烧结处理；四、刻蚀金属镍，得到高质量石墨烯。本发明通过放电等离子烧结系统制备的石墨烯，在800℃时即可得到晶型完美、缺陷较少，石墨化度极高的石墨烯材料，低温短时制备节约了能源，符合绿色化学的要求。本发明可获得高质量石墨烯。本发明可获得高质量石墨烯。本发明可获得高质量石墨烯。


技术研发人员：张幸红 陈大明 韩文波 檀铭一 孙博谦 张文正 林志鹏 程源 董顺 陈贵清 胡平
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2023.08.10
技术公布日：2023/10/15