[發明專利]石墨烯/聚合物三維泡沫基體、其制備方法及應用

有效

• 申請號: 201610403656.7
• 申請日: 2016-06-08
• 公開（公告）號: CN107474461B
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發明（設計）人: 劉立偉;李偉偉;張慧濤;徐建寶;胡俊雄;李奇;陳明亮;郭玉芬
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: C08L33/12
• 分類號: C08L33/12;C08K3/04;C08J9/26
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王鋒

本發明公開了一種石墨烯/聚合物三維泡沫基體、其制備方法及應用。所述制備方法包括：采用化學氣相沉積法在泡沫金屬催化劑上生長石墨烯，形成三維石墨烯/泡沫金屬催化劑復合物；通過模板置換法將三維石墨烯/泡沫金屬催化劑復合物中的泡沫金屬催化劑骨架置換為聚合物，獲得柔性的石墨烯/聚合物三維泡沫基體。本發明提供的石墨烯/聚合物三維泡沫基體的制備工藝簡單，易于實施，成本低，產率高，而且所獲的石墨烯/聚合物三維泡沫基體有優異的導電、導熱性能和力學強度，可以作為電極、復合體系等在水處理、生物醫藥、儲能器件、抗靜電、熱管理、導熱散熱、傳感器、電磁屏蔽，吸波和催化等領域廣泛應用。

技術領域

本發明涉及一種石墨烯/聚合物三維泡沫基體，尤其涉及一種石墨烯/聚合物三維泡沫基體、其制備方法及應用，屬于石墨烯泡沫復合材料技術領域。

背景技術

三維石墨烯是基于二維的石墨烯片通過空間交聯形成的三維網狀結構，除了具有二維石墨烯的固有性能外，三維石墨在空間導熱，導電以及宏量高質量制備方面具有獨特的優勢。2011年，沈陽金屬所成會明小組制得以泡沫鎳為模板的三維石墨烯，這種三維石墨烯與硅橡膠復合體系顯示了優異的導電性和力學性質。之后，三維石墨烯引起了廣泛的興趣和關注。目前，三維石墨烯多以泡沫鎳為模板制備，以泡沫鎳為模板，化學氣相沉積(CVD)生長的三維石墨烯作為超級電容器的電極，可以提高電容器的能量密度和功率密度；作為氣體傳感通道，有著ppb級的靈敏度；作為電化學電極，可以體現出高的電催化活性和低于10^-9mol濃度電化學檢測能力。

然而，利用化學氣相沉積(CVD)法在泡沫金屬上生長的3D石墨烯，去掉催化劑支撐后，其本身的機械性能很差，在干燥的過程中會產生石墨烯層間堆垛的現象，從而導致體積收縮、垮塌。進一步地，在與其他材料復合時3D石墨烯在無支撐情況下很容易產生不可逆形變、破損等，力學強度較差，往往不能發揮三維石墨烯的優異性能和應用價值。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種石墨烯/聚合物三維泡沫基體的制備方法，以克服現有技術中的不足。

本發明的又一目的在于提供根據前述方法得到的石墨烯/聚合物三維泡沫基體及其用途。

為實現前述發明目的，本發明采用的技術方案包括：

本發明實施例提供了一種石墨烯/聚合物三維泡沫基體的制備方法，包括：

采用化學氣相沉積法(CVD)在泡沫金屬催化劑上生長石墨烯，形成三維石墨烯/泡沫金屬催化劑復合物；

通過模板置換法將所述三維石墨烯/泡沫金屬催化劑復合物中的泡沫金屬催化劑骨架置換為聚合物，獲得柔性的石墨烯/聚合物三維泡沫基體。

作為優選實施方案之一，該制備方法包括：

于所述三維石墨烯/泡沫金屬催化劑復合物的表面及孔隙結構中分別形成聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)保護層和填充層；

以刻蝕劑去除所述復合物中的泡沫金屬催化劑骨架，形成包含骨架空位以及聚甲基丙烯酸甲酯保護層和填充層的三維骨架結構；

以及，以聚合物填充所述三維骨架結構中的骨架空位，再去除所述聚甲基丙烯酸甲酯保護層和填充層，獲得所述石墨烯/聚合物三維泡沫基體。

本發明的一些實施例還提供了由前述任一種方法制備的石墨烯/聚合物三維泡沫基體。

進一步的，所述石墨烯/聚合物三維泡沫基體包括聚合物骨架和至少覆蓋在所述聚合物骨架表面的、具有三維多孔結構的石墨烯組成。

進一步的，所述三維多孔結構所含孔洞的孔徑為1μm-500μm，孔隙率為80％-99.9％。