[發明專利]一種三維石墨烯的制備方法

有效

• 申請號: 201610042947.8
• 申請日: 2016-01-22
• 公開（公告）號: CN105523546B
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發明（設計）人: 魏大程;亓國強;楊偉;夏冬云;李科;李孟林;劉冬華;曹敏;彭蘭
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: C01B32/186
• 分類號: C01B32/186
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

本發明屬于石墨烯制備技術領域，具體公開了一種三維石墨烯的制備方法。本發明方法包括以下步驟：將氧化石墨烯分散獲得氧化石墨烯水溶液；將三維金屬泡沫浸入氧化石墨烯溶液，通過物理或化學方法獲得孔內負載有石墨烯氣凝膠的三維金屬泡沫；以孔內負載有石墨烯氣凝膠的三維金屬泡沫為模板，利用化學氣相沉積法，得到含基底的三維石墨烯；通過刻蝕清洗得到三維石墨烯。本發明工藝簡單，能實現高質量、高密度三維石墨烯，為其在催化、儲能、導熱、吸附等領域的應用奠定了基礎。

技術領域

本發明屬于石墨烯制備技術領域，具體涉及三維石墨烯的制備方法。

背景技術

石墨烯是一種碳原子以sp²雜化方式形成的單層蜂窩狀二維晶體。由于其獨特的結構和優異的性能，使其成為各學科領域的研究熱點。目前制備石墨烯的方法主要分為Top– down 和Bottom – up兩大類。Top – down方法包括：機械剝離法、氧化還原法等，由氧化還原法得到的石墨烯材料在制備過程中不可避免地會引入結構缺陷，影響其自身性能。相比而言，如化學氣相沉積法等的Bottom – up法制備的石墨烯具有完善的結構，質量較高。但是這些制備二維石墨烯的手段產量較低，難以滿足宏觀應用的需求

三維石墨烯的成功制備是實現石墨烯宏觀應用的有效途徑。目前三維石墨烯的制備主要包括兩種途徑：將二維石墨烯進行自組裝形成三維石墨烯氣凝膠；以三維金屬泡沫為模板，通過CVD方法生長，獲得連續的高質量三維石墨烯泡沫，具有很好的導電導熱性。但是CVD方法得到的石墨烯泡沫孔結構的尺寸為數百微米，體積密度和比表面很低，限制了其宏量制備和某些領域的應用。而氣凝膠具有較密實的孔結構，尺寸為亞微米級別，但是其片層之間通過物理作用相接觸，有較高的電阻和熱阻。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種三維石墨烯的新型制備方法，通過將現有技術相結合和進一步改進，實現高密度，高質量，大比表面積的三維石墨烯的宏觀制備。

本發明提供的三維石墨烯的制備方法，具體步驟為：

（1）將氧化石墨烯在去離子水中超聲分散，獲得氧化石墨烯水溶液；

（2）將三維金屬泡沫浸入步驟（1）得到的氧化石墨烯溶液，通過水熱法或化學還原法，制備孔內負載有石墨烯水凝膠的三維金屬泡沫；或直接將浸有泡沫鎳的氧化石墨烯溶液冷凍干燥，得到孔內負載有石墨烯氣凝膠的三維金屬泡沫；

（3）將步驟（2）所得的孔內負載有石墨烯水凝膠的三維金屬泡沫通過冷凍干燥，獲得孔內負載有石墨烯氣凝膠的三維金屬泡沫；

（4）以步驟（2）或步驟（3）所得的孔內負載有石墨烯氣凝膠的三維金屬泡沫為模板，利用化學氣相沉積法（CVD），得到含基底的三維石墨烯；

（5）將步驟（4）所得的含基底的三維石墨烯通過聚合物保護后，經刻蝕、清洗，得到三維石墨烯。

上述制備方法中，所述步驟（1）中，氧化石墨烯可利用改進的Hummers方法制備。

上述制備方法中，所述步驟（1）中，氧化石墨烯水溶液濃度為 3 mg/mL – 15 mg/mL。

上述制備方法中，所述步驟（2）中，三維金屬泡沫的材料為可用于進行CVD生長的，如鎳、銅等任意金屬材料中的一種或合金。

上述制備方法中，所述步驟（2）中，水熱法反應溫度為170℃ – 230℃，時間為6 –15小時。化學還原法使用還原劑，還原劑選自：亞硫酸氫鈉、抗壞血酸、硫化鈉、抗壞血酸鈉、水合肼、次磷酸/碘、對苯二酚、氫碘酸等，反應溫度為80℃ – 100℃。