[發明專利]一種離子誘導組裝的石墨烯自支撐材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201610151509.5
• 申請日: 2016-03-16
• 公開（公告）號: CN105645400B
• 公開（公告）日: 2018-12-04
• 發明（設計）人: 高超;趙曉莉
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發明公開了一種離子誘導組裝石墨烯自支撐材料及其制備方法。它的制備方法的步驟如下：1)將氧化石墨烯、溶劑、氨水混合均勻后得到氧化石墨烯分散液；2)取基底，在基底上吸附一定濃度的離子交聯劑溶液；3)將上述基底浸沒于氧化石墨烯分散液中，停留一定時間；4)提出粘附有氧化石墨烯凝膠的基底；5)對上述凝膠烘干或凍干，去除基底，即得到氧化石墨烯自支撐材料；6)對上述材料進行化學還原和熱處理，得到石墨烯自支撐材料。本發明簡便地實現了石墨烯材料的快速制備、厚度控制、微觀結構控制，并實現了以復雜形狀和多種材質的基底為模板制備多種形態和功能的石墨烯材料。

技術領域

本發明涉及一種離子誘導組裝的石墨烯自支撐材料及其制備方法。

背景技術

石墨烯是一層由碳原子以sp²雜化連接而成的二維碳原子層。它具有超高強度、極大的比表面積、超高的導熱率以及載流子遷移率等多種優異的特質，在電子器件、能量存儲和復合材料等領域具有重要的應用價值。如何將石墨烯的優異性質轉化為宏觀材料的優異性質是石墨烯研究的一個重要問題。

構筑石墨烯自支撐材料即將石墨烯片進行搭接或堆疊，形成具有一定強度而可自支撐的材料。目前報道制備石墨烯自支撐材料的方法有抽濾法(Nature2007,448,457)、溶劑熱溶膠凝膠法(ACS Nano 2010,4,4324)、金屬表面還原法(Sci Rep 2013,3)、聚合物擴散交聯法(Nature Communications 2014,5,5254)。這些方法均存在耗時的問題，且無法實現以任意形狀的材料為模板制備復雜形狀的石墨烯材料。如何實現快速簡便且可控地制備多種形貌的石墨烯自支撐材料是亟待解決的一個重要問題。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提出一種離子誘導組裝石墨烯自支撐材料及其制備方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：一種離子誘導組裝的石墨烯自支撐材料，該材料由石墨烯片構成，具有三維結構，所述三維結構具有孔道或具有空腔。

進一步地，所述三維結構為管道結構。

進一步地，所述三維結構為球殼狀結構。

一種石墨烯自支撐材料的制備方法，所述方法包括以下步驟：

1)在容器中加入1重量份的氧化石墨烯、20-500重量份溶劑、0-1重量質量分數為25％的氨水，將其攪拌均勻后得到氧化石墨烯分散液；

2)取基底材料，在基底材料上吸附離子交聯劑溶液；

3)將上述基底材料浸沒于氧化石墨烯分散液中，停留一定時間；

4)提出粘附有氧化石墨烯凝膠的基底材料；

5)對上述凝膠烘干或凍干，去除基底材料，即得到氧化石墨烯自支撐材料；

6)對上述氧化石墨烯自支撐材料進行化學還原或熱處理，得到石墨烯自支撐材料。

進一步地，所述步驟1)的溶劑為水、N-N二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、乙醇、乙二醇中的一種或多種按照任意比例混合的混合溶劑。

進一步地，所述步驟2)采用的離子交聯劑為氯化鈣、氯化鐵、硫酸銅、氯化鎂、氯化鋇、硝酸鋇、硝酸鐵等，離子交聯劑溶液的濃度大于0.01M。

進一步地，所述步驟3)停留時間為1秒至30分鐘。

進一步地，所述步驟2)采用的基底材料的材質包括木質、塑料、橡膠、陶瓷、金屬等。

進一步地，所述步驟2)采用的基底材料的材質形狀包括一維、二維、三維、二維網狀、三維網狀等。

本發明與現有技術相比具有的有益效果如下：

1)原料采用氧化石墨烯，原料易得、成本低；