[發(fā)明專利]一種制備三維石墨烯的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410252126.8
• 申請日: 2014-06-10
• 公開（公告）號: CN104085881A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發(fā)明（設計）人: 閔永剛;范天舉;苑春秋;唐偉
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 李紀昌;曹翠珍

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于納米材料的制備技術(shù)領域，具體涉及一種制備三維石墨烯的方法。

背景技術(shù)

目前，三維石墨烯材料制備的一個主要的難點是石墨烯片相互聚集，導致其密度很難達到最低，使其性能和應用范圍受到很大的限制，氧化石墨烯的水熱還原法和模版化學氣相沉積法（CVD法）是目前實現(xiàn)石墨烯材料的有效方法，水熱法雖然能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模的生產(chǎn)三維石墨烯，但是合成的三維石墨烯的凈潔度不高、易坍塌，降低了其應用的性能，而CVD方法條件苛刻，難以實現(xiàn)大面積批量生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺點，提供一種以碳酸鹽為模板制備三維石墨烯的方法，具體的技術(shù)方案如下：

一種制備三維石墨烯的方法，包括以下步驟：

（1）以氧化石墨為原料，將其分散在氯鹽溶液中，超聲分散形成氯鹽-氧化石墨烯混合液；

（2）向步驟（1）得到的混合液中加入堿性溶液并通入CO₂氣體或直接加入碳酸鹽溶液，得到氧化石墨烯-碳酸鹽復合物；

（3）將氧化石墨烯-碳酸鹽復合物放置于石墨化爐中，在惰性氣體氣氛和400-1000℃反應0.5h-8h發(fā)生還原反應，得到石墨烯-碳酸鹽復合物；

（4）向石墨烯-碳酸鹽復合物中加入酸液去掉其碳酸鹽模板，之后烘干洗滌得到多孔的三維石墨烯。

所述的一種制備三維石墨烯的方法，步驟（1）所述的氯鹽可以為氯化鈣、氯化鋇、氯化鎂、氯化鋅、氯化鈷、氯化鐵或氯化鎳中的一種。

步驟（1）所述的超聲時間可以為10-30?min，所述的氯鹽-氧化石墨烯混合液的濃度可以為1-20?mg/mL。

步驟（2）所述的堿性溶液可以為氨水、氫氧化鈉或氫氧化鉀中的一種，堿性溶液與氯鹽的質(zhì)量摩爾比可以為0.2-10:1；所述的CO₂氣體流速可以為40-280mL/min。

步驟（2）所述的碳酸鹽可以為碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸銨或碳酸鋰中的一種；碳酸鹽與氯鹽的質(zhì)量摩爾比可以為1:2-6:1。

步驟（3）所述的惰性氣體可以為氮氣、氬氣、氦氣或氙氣中的一種。

步驟（4）所述的酸溶液可以為鹽酸、硝酸或磷酸中的一種；所述的烘干的溫度可以為50-100℃，洗滌的溶液可以為乙醇或去離子水。

本發(fā)明提供的制備三維石墨烯的方法中，步驟（1）中加入氯鹽的目的在于為了與步驟（2）中提供的碳酸根形成碳酸鹽沉淀并與氧化石墨烯形成復合物，然后該碳酸鹽沉淀在后期可以通過酸溶液除去，因此凡是能夠與碳酸根形成沉淀并可以通過酸除去該沉淀的氯鹽都可以作為本發(fā)明步驟（1）中的氯鹽，因此所選氯鹽可以為氯化鈣、氯化鋇、氯化鎂、氯化鋅、氯化鈷、氯化鐵、氯化鎳等。步驟（2）中加入的碳酸鹽為可溶性碳酸鹽，因此可以加入碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸銨或碳酸鋰等。

本發(fā)明提供的制備三維石墨烯的方法得到的三維石墨烯具有很高的比表面積、比容特性、孔隙率以及很低的密度，不含雜質(zhì)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易坍塌。

本發(fā)明方法操作簡單、成本低廉，制備的多孔三維石墨烯具有導電率高、比表面積大、高孔隙率及低密度等優(yōu)點，可廣泛應用于導熱復合材料、儲能材料、吸附材料等領域，并可望實現(xiàn)三維石墨烯材料的大規(guī)模生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為實施例1中以碳酸鈣為模板制備三維石墨烯的流程圖。

圖2為實施例1中所制得的三維石墨烯實物外觀圖。

圖3為實施例1中所制得的三維石墨烯的掃描電鏡圖。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細的說明，但是所述實施例的說明，僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，其中大部分并不僅限于此。

實施例1?

以碳酸鈣為模板制備三維石墨烯?

以碳酸鈣作為模版制備三維石墨烯工藝流程圖如圖1所示，具體步驟為：

（1）稱取1.2g氧化石墨，將其分散在200mL的水溶液中，其中加入0.8g的CaCl₂粉末，超聲10min形成濃度為10mg/mL?CaCl₂-氧化石墨烯混合液；

（2）向?qū)⒉襟E（1）CaCl₂-氧化石墨烯混合液中加入20mL氨水溶液攪拌均勻，并以流速為60?mL/min通入二氧化碳氣體，攪拌反應120分鐘，得到氧化石墨烯-CaCO₃復合物；?