[發明專利]一種抗壓型石墨烯水凝膠及其制備方法

有效

• 申請號: 201410563543.4
• 申請日: 2014-10-22
• 公開（公告）號: CN104310389A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發明（設計）人: 鄭玉嬰;劉先斌;林錦賢
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發明屬于納米材料和電化學領域，具體涉及一種作為超級電容器復合電極材料的抗壓型石墨烯水凝膠及其制備方法，。

背景技術

石墨烯是一種碳原子以sp²雜化軌道組成六角型蜂巢晶格，排列形成的二維平面材料，厚度僅為單個碳原子厚度，被認為是構筑其他維度sp²碳材料的基本單元。石墨烯的獨特結構使得其具有超大的比表面，良好的導電性和優異的化學穩定性，從而引起了廣泛的研究。由于石墨烯片層間存在π-π作用，石墨烯極易團聚和堆疊。因此以單層石墨烯構筑三維宏觀的石墨烯材料顯得極其有意義。2010年，石高全等首次采用水熱法制備了石墨烯水凝膠（ACS?Nano,?2010,4,?4324-4330），值得注意的是純石墨烯水凝膠的機械性能較差，無法滿足實際應用中的要求，因此提高石墨烯水凝膠的物理機械性能就顯得尤為重要。

植酸是一種廣泛存在于自然界的綠色環保有機酸，其六元環結構具有良好的穩定性，良好的導電性，極強的絡合能力，在分子間極易形成穩定的結構。本發明采用水熱法，將其作為石墨烯片層間的連接劑，可以防止石墨烯片層團聚，增強了石墨烯水凝膠的機械性能，由于植酸具有良好的導電性，還可大大提高石墨烯水凝膠的電導率。

發明內容

本發明的目的在于提供一種抗壓型石墨烯水凝膠及其制備方法，此材料具有較多的空隙結構，較高的抗壓強度，良好的結構穩定性，將其制備成超級電容器電極材料，可具有優異的電化學性能；且其制備方法簡單可行，原料來源豐富，其獨特結構和性能必將使其具有廣泛的應用。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種抗壓型石墨烯水凝膠，其制備方法是采用水熱法，以氧化石墨烯為前驅體，加水配成水溶液后置于反應釜內襯中，摻雜植酸，混勻后進行反應，所得產物冷凍干燥即得。

所述水溶液中氧化石墨烯的濃度為1-4?mg/mL。

每60mL水溶液中植酸的摻雜量為1-10?mL。

反應溫度為120-180?℃，反應時間為12-24?h。

本發明具有以下優點：

（1）氧化石墨烯在六元環植酸摻雜劑的作用下，自組裝形成了三維宏觀體材，可有效防止石墨烯片層間的團聚和堆疊，獲得極高的比表面和電導率，其性能可以通過植酸的加入量、反應溫度以及時間進行調控。

（2）摻雜植酸后，材料的機械強度得到了顯著的提高，其壓縮模量較純石墨烯水凝膠有了明顯提高，可用于超級電容器復合電極材料的制備。

（3）本方法制備的材料形貌可控，結構穩定，性能優異，可促進石墨烯在實際應用中的推廣。

附圖說明

圖1為本發明實施例1制備的石墨烯水凝膠的外觀形貌。

圖2為本發明實施例1制備的石墨烯水凝膠的掃描電鏡圖。

圖3為本發明實施例1制備的石墨烯水凝膠電極材料的恒電流充放電曲線。

圖4為本發明實施例6制備的不同摻雜量的石墨烯水凝膠的壓縮模量柱狀圖。

具體實施方式

為了使本發明所述的內容更加便于理解，下面結合具體實施方式對本發明所述的技術方案做進一步的說明，但是本發明不僅限于此。

實施例1

一種抗壓型石墨烯水凝膠，其制備方法為：

步驟1）將3?g天然鱗片石墨緩慢加入150?mL硫酸/磷酸混酸（H₂SO₄：H₃PO₄=9:1，v/v）溶液中，隨后加入18?g高錳酸鉀，混合均勻后，將體系溫度升至50℃，反應12?h；將產物分別用鹽酸、去離子水離心洗滌，直至pH為中性，轉速為11000?r/min；最后冷凍干燥得到氧化石墨；

步驟2）將所得到的氧化石墨加入水中，超聲分散得到氧化石墨烯水溶液，其中氧化石墨的濃度為1?mg/mL；取60?mL置于高壓反應釜的聚四氟乙烯內襯中，加入4?mL植酸混合均勻，然后置于150℃下反應12h；

步驟3）將水熱反應得到的柱狀石墨烯水凝膠取出，用去離子水浸泡洗滌24?h，最后將其冷凍干燥得到宏觀多孔石墨烯水凝膠。

圖1和圖2為本實施例制得的抗壓型石墨烯水凝膠的外觀形貌和掃描電鏡圖，圖3為本實施例抗壓型石墨烯水凝膠電極材料在電流密度為1A/g條件下的恒電流充放電曲線，通過公式C_s=(I×△t)/(m×△V)可以計算得到其比電容為237.5F/g，達到了實際使用的要求。

實施例2