[發(fā)明專利]具有隨機(jī)和不規(guī)則三維氣孔的石墨烯及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610353104.X
• 申請(qǐng)日: 2016-05-25
• 公開（公告）號(hào): CN107082414A
• 公開（公告）日: 2017-08-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林鐘贊;李廷賢;樸憲洙
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大洲電子材料株式會(huì)社
• 主分類號(hào): C01B32/182
• 分類號(hào): C01B32/182;C01B32/184;C01B32/198
• 代理公司: 北京商專永信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11400
• 代理人: 方挺,葛強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有隨機(jī)和不規(guī)則三維氣孔的石墨烯及其制備方法。

背景技術(shù)

目前，作為基于碳的材料，例如碳納米管(carbon nanotube)、金剛石(diamond)、石墨(graphite)、石墨烯(graphene)、石墨烯氧化物(Graphene oxide)等在多樣領(lǐng)域的納米技術(shù)研究組中得到研究。這些材料可被利用于生物傳感器(biosensor)、納米復(fù)合物(nanocomposite)或量子裝置(quantum device)、電極材料(Electrode)等。石墨烯是碳基材料中的一種二維材料，是一種能帶間隙為0(zero gap)的半導(dǎo)體材料。近年來，與石墨烯電化學(xué)特性有關(guān)的各種研究已被報(bào)道。

石墨烯是由sp2碳原子組成的六角形呈蜂巢晶格的二維納米片(2-D nanosheet)，只有一個(gè)碳原子厚度的單層結(jié)構(gòu)。

一般來說，石墨烯作為一種新型材料，具有優(yōu)良的物理及化學(xué)穩(wěn)定性，高比表面積，以及優(yōu)良的導(dǎo)電特性，因而備受矚目。并且，根據(jù)這些物性，石墨烯可以用作有效模具，可以鍍上納米大小的金屬氧化物。

另外，制備現(xiàn)有石墨烯納米片的方法主要采用了通常溶液法，即在溶液中合成石墨烯。

根據(jù)所述方法，先由石墨合成石墨氧化物。石墨氧化物的合成方法，通常采用Hummers method法。根據(jù)所述方法，在常溫下，將常規(guī)石墨浸于高濃度H₂SO₄溶液中，充分?jǐn)嚢韬螅蚴n溶液中投入KMnO₄。接著，向含有所述KMnO₄的混合溶液中添加少量的H₂O₂，其與石墨發(fā)生氧化反應(yīng)形成石墨氧化物。接著，利用離心分離器，并用蒸餾水和乙醇多次洗滌后，將得到的粉末在干燥器中完全干燥，以結(jié)束石墨氧化物的合成步驟。接著，將所述石墨氧化物分散于水中進(jìn)行超音波處理，使石墨氧化物剝離(exfoliation)成單片。接著，向溶液中投入適當(dāng)量的還原劑(如NaBH₄等) 進(jìn)行攪拌，則所投入的還原劑使石墨氧化物的含氧基團(tuán)脫出，即可得到單片的還原石墨氧化物，即石墨烯。

目前，石墨烯作為碳基材料，可以作為用于納米電子元件集成的基本單位使用，因而備受矚目，并且作為電極材料，石墨烯有無限的利用性。目前的研究焦點(diǎn)主要集中于二維石墨烯及石墨烯氧化物納米片，這是因?yàn)椋@種石墨烯氧化物結(jié)構(gòu)可在水溶液中有效分散，并且可以轉(zhuǎn)換或還原為具有特定基團(tuán)的結(jié)構(gòu)。

同二維石墨烯納米片的優(yōu)勢(shì)，三維石墨烯作為傳感器或電極材料，具有高比表面積和氣孔結(jié)構(gòu)，引起相當(dāng)大的關(guān)注。為了制備這種三維石墨烯結(jié)構(gòu)，曾試圖過將二維片形石墨烯轉(zhuǎn)換成中空結(jié)構(gòu)的膠囊形或夾層層狀結(jié)構(gòu)的三維形。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題

本發(fā)明的目的在于，提供一種具有隨機(jī)和不規(guī)則三維氣孔的石墨烯及其制備方法。

技術(shù)方案

為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種內(nèi)部具有三維氣孔的石墨烯粒子，其由多個(gè)石墨烯片折疊而成，并且平均直徑為1～30μm。

當(dāng)粒子的平均直徑在1μm以下時(shí)，粒度太低，石墨烯不會(huì)形成褶皺形的均勻粒子，而是保持扁平或板狀結(jié)構(gòu)，很難采取結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)。當(dāng)粒子的平均直徑在30μm以上時(shí)，從結(jié)構(gòu)特性上講體積變大，因而振實(shí)密度減小，存在著難以實(shí)現(xiàn)相對(duì)較高的電容值等問題。因此，本發(fā)明石墨烯粒子的平均直徑優(yōu)選為1～30μm。

本發(fā)明石墨烯粒子的特征在于，其內(nèi)部具有三維連接的氣孔，所述氣孔為封閉式或開放式。在本發(fā)明中，所述三維連接的氣孔指的是：由多個(gè)石墨烯片疊層折疊時(shí)在多個(gè)石墨烯片之間形成的氣孔，或者石墨烯片形成似乎紙張起皺的狀態(tài)時(shí)在內(nèi)部形成的氣孔。

所述氣孔為封閉式指的是雖然在內(nèi)部生成氣孔，也不與粒子外部連接。所述氣孔為開放式指的是氣孔與粒子外部連接。

本發(fā)明的石墨烯粒子可以呈棉球形、棉花糖形、或者紙張褶皺成球形的形狀，內(nèi)部具有三維氣孔的形狀，并不限定于這些形狀。

本發(fā)明石墨烯粒子的特征在于，所述石墨烯粒子構(gòu)成為構(gòu)成粒子的褶皺形石墨烯單片的末端部朝內(nèi)形成。即，本發(fā)明石墨烯粒子的特征在于，構(gòu)成粒子的石墨烯粒子的末端朝內(nèi)形成，通過朝內(nèi)部折疊或彎曲，使得末端所形成的端部即邊緣部(edge)不露出在表面上。