[發(fā)明專利]一種在導電基底上自發(fā)沉積三維石墨烯的方法

有效

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• 申請日: 2013-06-03
• 公開（公告）號: CN103265022A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發(fā)明（設計）人: 曲良體;胡傳剛;翟相泉
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 楊志兵;付雷杰

技術領域

本發(fā)明涉及一種在導電基底上自發(fā)沉積三維石墨烯的方法，屬于功能材料領域。

背景技術

石墨烯是一種由碳的六元環(huán)通過鍵合作用組成的層狀結構。由于石墨烯具有高的導電性，大的比表面積，以及好的化學穩(wěn)定性，環(huán)境穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性，因此在光電材料，光催化材料，能源儲存與轉換材料（燃料電池，Li電池等），磁性吸波材料等方面的應用吸引了國內外研究者的注意力。

目前，大批量制備石墨烯的方法是化學還原氧化石墨烯，同時，自組裝三維石墨烯多孔材料對于其在應用方面有很好的效果。但是目前制備石墨烯通常涉及到一些苛刻的條件，比如水合肼（N₂H₄）的加熱還原，氬/氫（Ar/H₂）氣體在600–1000℃的高溫還原，硼氫化鈉（NaBH₄）堿性條件下的還原，乙酸-氫碘酸（HAC-HI）溶液的80–120℃還原，鈉-氨（Na-NH₃）溶液在干冰浴條件下還原。這些還原過程一般來講需要用到有毒的化學試劑，需要多個繁瑣的步驟，消耗相當長的時間，并且得到的石墨烯還原不夠徹底，很難保證組裝成三維多孔結構，這些都嚴重影響了石墨烯作為器件的應用。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有的石墨烯制備過程繁瑣、耗時長、涉及到有毒試劑，且制備出的石墨烯還原不夠徹底、很難保證組裝成三維多孔結構的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種在導電基底上自發(fā)沉積三維石墨烯的方法，所述方法制備過程簡單、環(huán)境友好，成本低、適合大規(guī)模生產(chǎn)，采用所述方法制備得到的三維石墨烯材料結構呈三維、多孔狀，具有體積大、質量輕、比表面積大、柔韌性好的特點。

本發(fā)明的目的由以下技術方案實現(xiàn)：

一種在導電基底上自發(fā)沉積三維石墨烯的方法，所述方法步驟如下：

第一步：利用氧化剝離石墨法（Hummers法）制備得到8～20mg/mL氧化石墨烯溶液；

第二步：將8～20mg/mL氧化石墨烯溶液稀釋，使氧化石墨烯溶液的濃度為0.5～3mg/mL；

第三步：將導電基底放到第二步配制好的氧化石墨烯溶液中靜置，反應6～12小時后取出導電基底，氧化石墨烯被還原得到三維石墨烯，并沉積在導電基底的表面，且金屬氧化物附著在三維石墨烯上；

第四步：對第三步得到的三維石墨烯直接進行冷凍干燥，得到干燥多孔的功能化三維石墨烯；或先清洗掉第三步得到的三維石墨烯上附著的金屬氧化物后再進行冷凍干燥，得到純凈的干燥多孔三維石墨烯；

所述導電基底為以下六種中的一種，其中：

第一種為Zn、Fe、Al、Co或Cu（活性金屬）；

第二種為真空濺射噴Cu的Ag、Pt或Au箔（惰性金屬）；

第三種為通過化學反應沉積了納米結構的Ag、Pt或Au的Cu箔；

第四種為真空濺射噴Cu的Si片；

第五種為導電面的半面真空濺射噴Cu的導電玻璃（ITO）；

第六種為帶有石墨烯膜的Cu基底；

第二步中稀釋采用達到蒸餾水純度及以上的水；

第三步中當導電基底為Al或Co時，靜置溫度為60℃；當導電基底不為Al或Co時，靜置溫度為室溫～60℃。

有益效果

（1）本發(fā)明使用一種簡單可行的方法制備出質量輕，密度小和功能化的三維石墨烯材料，該方法工藝簡單、環(huán)境友好，價格低廉，產(chǎn)量高、產(chǎn)品質量穩(wěn)定，宏觀大小、厚度可控，適合大規(guī)模生產(chǎn)。

（2）本發(fā)明利用的原材料氧化石墨烯，合成技術成熟，質量高，成本低，可以大批量生產(chǎn)。

（3）本發(fā)明所述方法不僅可以將三維石墨烯沉積在活性金屬表面Zn，F(xiàn)e，Al，Co，Cu表面；還可以沉積在惰性金屬Ag，Pt，Au的表面；非金屬Si，石墨烯膜的表面；以及導電玻璃（ITO）表面，大大地擴寬了三維石墨烯的應用范圍。

（4）本發(fā)明所述方法得到的三維石墨烯，結構呈三維、多孔狀。具有體積大，質量輕，比表面積大，柔韌性好的特點，可以應用作超輕材料，吸油污材料等。

（5）本發(fā)明所述方法根據(jù)基底材料的不同，可以很容易地合成功能化的石墨烯，這些復合材料作為光電材料，具有良好的光電響應；作為Li電池負極材料，可擺脫傳統(tǒng)的非導電的連接劑，具有很好的循環(huán)性質，和超出一般碳材料的容量，另外，還可以潛在的應用于磁性材料，吸波材料等等。

附圖說明

圖1為實施例1中得到的功能化的三維石墨烯直接凍干后的掃描電子顯微鏡圖；