[發明專利]一種碳納米管-石墨烯復合泡沫的制備方法

有效

• 申請號: 201310713369.2
• 申請日: 2013-12-23
• 公開（公告）號: CN103738953A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 趙宗彬;胡涵;邱介山
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 大連星海專利事務所 21208
• 代理人: 裴毓英

技術領域

本發明屬于納米復合材料的制備方法，尤其涉及石墨烯基復合材料的微波制備方法技術領域。

背景技術

石墨烯泡沫是一類新型的三維整體功能材料。這類材料具有發達的孔隙結構、超大的比表面積以及優異的導電特性，在能源存儲、環境保護以及催化等諸多領域具有廣闊的應用前景。目前報道的制備石墨烯泡沫的方法包括水熱還原法、化學還原法以及化學氣相沉積法等多種方法。盡管石墨烯泡沫表現出了一系列優異的性能，但某些方面的性質特別是疏水性能不夠理想，如何有效的改善石墨烯泡沫的疏水性能成為一項重要的挑戰。

提高材料疏水性能的重要途徑之一是增加材料表面的粗糙度。作為一種典型的具有高長徑比的材料，碳納米管特別是垂直取向的碳納米管陣列被廣泛的用來改善表面的疏水特性、創制超疏水表面。利用化學氣相沉積的石墨烯泡沫作為基底，經催化劑沉積后再次進行化學氣相沉積過程成功實現了超疏水碳納米管-石墨烯泡沫的制備，但該方法繁瑣的過程以及極低的產率極大的限制了這種泡沫實際應用的可能性。而通過在化學還原法制備石墨烯泡沫的過程中引入碳納米管，能夠高效、低成本的得到石墨烯-碳納米管泡沫，但這種泡沫中，碳納米管往往被石墨烯納米片所包覆，對材料疏水性的改善并不明顯。如何在石墨烯泡沫孔壁表面引入垂直取向的碳納米管陣列仍是一道難題。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種碳納米管-石墨烯復合泡沫的制備方法，該方法將二茂鐵分散在石墨烯泡沫的表面，并對負載有二茂鐵的石墨烯泡沫進行微波處理，誘導二茂鐵裂解并催化生成碳納米管，快速高效得到碳納米管-石墨烯復合泡沫。

本發明所采用的技術方案如下：一種碳納米管-石墨烯復合泡沫的制備方法，該制備方法按照如下步驟進行：?

(1)?將二茂鐵分散在低沸點的有機溶劑中得到二茂鐵溶液，二茂鐵溶液的濃度范圍為?5~20?mg/mL；

(2)?將石墨烯泡沫置入上述二茂鐵溶液中，充分浸漬；

(3)?將浸漬后的石墨烯泡沫取出、干燥，得到負載有二茂鐵的石墨烯泡沫；

(4)?將負載有二茂鐵的石墨烯泡沫置于微波反應器中，利用非氧化保護性氣體吹掃后進行微波處理，石墨烯泡沫與微波作用產生的高溫使二茂鐵分解生長碳納米管，自然冷卻降至室溫后得到碳納米管-石墨烯復合型泡沫。

所述（1）中低沸點的有機溶劑選自丙酮、乙醇、汽油、石油醚、苯、乙醚、環己烷和乙酸乙酯中的一種或幾種混合。

所述原料石墨烯泡沫是化學還原法制備的石墨烯泡沫或者水熱還原法制備的石墨烯泡沫。?

所述化學還原法制備石墨烯泡沫是采用還原劑乙二胺、亞硫酸氫鈉、抗壞血酸、硫化鈉、碘化氫或對苯二酚還原制備所得；所述水熱還原制備石墨烯泡沫是不外加還原劑水熱處理制備所得，或者額外添加還原劑水合肼、亞硫酸氫鈉、抗壞血酸或硫化鈉水熱還原制備所得。??

所述（4）中不具有氧化性的保護性氣體選自氮氣、氬氣、氦氣、氫氣以及甲烷、乙烯等低碳烴類氣體中的一種或幾種混合。

所述微波處理功率為800?W，處理時間為5?~?600秒。

所述碳納米管垂直取向生長在石墨烯泡沫孔壁上，具有良好的超疏水超親油特性，在吸附、油水分離等方面具有廣闊的應用前景。

與現有技術相比，本發明具有如下顯著優點：

1.?工藝簡單，原料價廉易得；

2.?在微波輻照下，二茂鐵在石墨烯泡沫孔壁表面原位熱解生成碳納米管；

3.?原位生成的碳納米管垂直生長在石墨烯孔壁上，能有效地改善原始石墨烯泡沫的潤濕性能；

4.?微波輻照下，碳納米管具有很高的生長效率，僅僅5?s的微波處理便能實現碳納米管的生長。

附圖說明

圖1為碳納米管-石墨烯復合泡沫制備流程圖；

圖2為碳納米管-石墨烯復合泡沫的數碼照片，所使用的二茂鐵溶液濃度為15?mg/mL，微波處理時間為1分鐘；

圖3為為碳納米管-石墨烯復合泡沫的掃描電子顯微鏡照片，所使用的二茂鐵溶液濃度為15?mg/mL，微波處理時間為1分鐘；

圖4為碳納米管-石墨烯復合泡沫對油和水的選擇性吸附過程；

圖5為碳納米管-石墨烯復合泡沫的掃描電子顯微鏡照片，所使用的二茂鐵溶液濃度為15?mg/mL，微波處理時間為5秒鐘；

圖6為碳納米管-石墨烯復合泡沫的掃描電子顯微鏡照片，所使用的二茂鐵溶液濃度為20?mg/mL，微波處理時間為30秒鐘。

具體實施方式