[發(fā)明專利]一種含硫鍵的石墨烯多孔納米材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310080349.6
• 申請日: 2013-03-13
• 公開（公告）號(hào): CN103112849A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于偉;謝華清;陳立飛;黎陽
• 申請（專利權(quán)）人: 上海第二工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B31/04
• 分類號(hào): C01B31/04;B82Y30/00
• 代理公司: 上海天翔知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31224
• 代理人: 呂伴

技術(shù)領(lǐng)域

[0001]本發(fā)明屬于石墨烯多孔納米材料制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含硫鍵的石墨烯多孔納米材料及其制備方法。

背景技術(shù)

由天然石墨成功剝離到單層石墨片的石墨烯是碳晶體家族中的一位新成員，它是具有獨(dú)特的單原子層二維晶體結(jié)構(gòu)，能夠集超高的載流子遷移率、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率、透光性、強(qiáng)度等優(yōu)異特性于一身，可以應(yīng)用于傳感器、單分子探測器、正極材料和復(fù)合材料等領(lǐng)域。以石墨烯三維多孔材料及其復(fù)合材料有望應(yīng)用于鋰離子電池、超級(jí)電容器、催化劑、可控透氣性膜、分子存儲(chǔ)材料等功能材料領(lǐng)域。多孔材料的孔徑、強(qiáng)度等性能在很大程度上取決于所選用原材料粒度、粒度分布、顆粒形狀等。具有納米尺寸結(jié)構(gòu)的石墨烯在許多研究實(shí)驗(yàn)中證明中能夠均勻地分散在相關(guān)的溶液體系里，為制備石墨烯多孔納米材料做好基礎(chǔ)。目前關(guān)于制備石墨烯多孔材料的報(bào)道不多，且無機(jī)類多孔材料存在脆性大缺點(diǎn)，機(jī)械穩(wěn)定性差。因此，制備出強(qiáng)度高、電導(dǎo)率高且可控制的石墨烯多孔材料的方法將促進(jìn)擴(kuò)大多孔材料的應(yīng)用范圍和推進(jìn)綠色技術(shù)發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種含硫鍵的石墨烯多孔納米材料，該含硫鍵的石墨烯多孔納米材料中存在化學(xué)交聯(lián)鍵（C-S-C），包括以下重量份的組分：石墨烯1份，單質(zhì)硫0-1份。該多孔納米材料具有強(qiáng)度高、低密度性和可控制電導(dǎo)率性，不僅該方法易于實(shí)現(xiàn)，又解決了多孔材料的脆性問題。

在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，所述單質(zhì)硫占多孔納米材料的質(zhì)量含量為0～50%。

在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，所述石墨烯是通過惰性氣體保護(hù)下高溫還原氧化石墨烯得到的。

本發(fā)明的再一目的是提供一種制造含硫鍵的石墨烯多孔納米材料的方法，該方法包括以下步驟：

第一步、將0-1份重量的單質(zhì)硫溶解在1份重量的氧化石墨烯溶液中，在室溫下攪拌使得單質(zhì)硫和氧化石墨烯均勻分散在該溶液體系中；

第二步、將3-6份重量的崩解劑少量多次地溶解到第一步所得的分散的溶液體系中，攪拌至分散均勻，加入40-50份重量的蒸餾水到分散液中，再攪拌并超聲得到膨化的分散液，升溫去掉蒸餾水和溶劑，再用蒸餾水浸泡和洗滌干燥，以去除崩解劑得到的多孔材料；

第三步、將第二步所得的多孔材料，放置于相應(yīng)的模具中，在氫氣:惰性氣體按照體積比3～5:97～95的組成的還原保護(hù)氣氛中，升溫到300℃～800℃，生成含硫鍵的石墨烯多孔納米材料。

在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，第一步中，所述氧化石墨烯溶液的溶劑為無水乙醇。

在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，第一步中，所述氧化石墨烯溶液的濃度為1mg/ml。

在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，第二步中，所述崩解劑為羧甲基淀粉鈉（carboxymethyl?starch?sodium,CMS-Na）、低取代羥丙基纖維素（L-HPC）、交聯(lián)聚乙烯吡咯烷酮（變聯(lián)PVP）和交聯(lián)羧甲基纖維素鈉（CCNa）的按照重量比為2:2:3:3的混合物。

在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，第二步中，所述惰性氣體為氬氣。

在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，石墨烯多孔納米材料的硫鍵是在惰性氣體條件下升溫到350℃得到的。

本發(fā)明的含硫鍵的石墨烯多孔納米材料通過硫元素和碳元素的化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)生成C-S-C解決了傳統(tǒng)多孔材料脆性的問題，同時(shí)能夠摻雜不同含量的單質(zhì)硫來控制其電阻率，以滿足不同電子材料的電性能要求。以石墨烯三維多孔材料及其復(fù)合材料有望應(yīng)用于鋰離子電池、超級(jí)電容器、催化劑、可控透氣性膜、分子存儲(chǔ)材料等功能材料領(lǐng)域。

具體實(shí)施方式

下面對本發(fā)明優(yōu)先實(shí)施例詳細(xì)說明。

本發(fā)明所提供的含硫鍵石墨烯多孔納米材料是首先通過崩解劑的吸水膨脹原理制備硫和石墨烯的發(fā)泡預(yù)備體，形成疏松多孔的結(jié)構(gòu)，然后在真空干燥箱中升溫得到含硫鍵的石墨烯多孔納米材料。

下面通過敘述本發(fā)明含硫鍵石墨烯多孔納米材料的制造方法優(yōu)選實(shí)施例，來進(jìn)一步闡述本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于這幾個(gè)實(shí)施例。

實(shí)施例1

（1）將100mg氧化石墨烯分多次加入100ml無水乙醇中，通過超聲攪拌設(shè)備自制得到濃度為1mg/ml的氧化石墨烯分散液，將1mg單質(zhì)硫少量多次加入到分散液中，在室溫條件和20KHZ、500W超聲處理并機(jī)械攪拌60min，得到單質(zhì)硫/氧化石墨烯均勻分散液，再升溫到70℃繼續(xù)攪拌若干小時(shí)，使得無水乙醇緩慢揮發(fā)至前體積約為50%；