[發(fā)明專利]一種石墨烯多孔膜的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610808334.0
• 申請日: 2016-09-08
• 公開（公告）號: CN106395802B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 辛伍紅;趙增典;馮柳
• 申請（專利權(quán)）人: 山東理工大學(xué)
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供了一種石墨烯多孔膜的制備方法，其中，該方法包括，將氧化石墨加入水中，得到氧化石墨分散液，超聲分散，得到氧化石墨烯溶液；向上述氧化石墨烯溶液中加入造孔劑，使造孔劑均勻分散在氧化石墨烯中，抽濾和/或干燥，得到氧化石墨烯與造孔劑的復(fù)合物膜；對氧化石墨烯與造孔劑的復(fù)合物膜進(jìn)行還原，洗滌，得到石墨烯與造孔劑的復(fù)合物膜；以有機(jī)溶劑除去造孔劑，在濕潤條件下，進(jìn)一步用臨界點(diǎn)干燥法處理，得到石墨烯多孔膜；所述造孔劑為均聚物微球和共聚物微球中的一種或多種。該發(fā)明制備得到的石墨烯多孔膜內(nèi)部的孔尺寸在100?1000nm范圍，可以通過調(diào)整造孔劑的濃度或者尺寸大小調(diào)控孔隙率，并且石墨烯多孔膜的產(chǎn)量高，操作設(shè)備簡單。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯多孔膜的制備方法。

背景技術(shù)

石墨烯是由碳的單原子層構(gòu)成的二維蜂窩狀網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，其獨(dú)特的原子結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)，使材料具有優(yōu)異的電學(xué)、熱學(xué)和機(jī)械性能，同時具有超大的理論比表面積（理論計算值為2600m²/g），是新一代超級電容器電極材料的優(yōu)選。但石墨烯不完全的還原程度和還原過程中由于范德華力作用而產(chǎn)生的堆疊，致使材料的導(dǎo)電性變差，比表面積遠(yuǎn)低于理論值，從而影響了最終性能。

為了進(jìn)一步減少石墨烯的堆疊，增加固態(tài)石墨烯的比表面積，這就需要從分子尺度上對其微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效設(shè)計。石墨烯多孔膜保留了石墨烯材料優(yōu)異的固有性能，同時具有更高的比表面積，可較大程度的改善材料性能和結(jié)構(gòu)缺陷。石墨烯多孔膜可以賦予其新的性能和應(yīng)用，如電能轉(zhuǎn)換、存儲裝置、電子場發(fā)射源、熱擴(kuò)散層、油相吸附劑和催化劑載體等。

目前，石墨烯多孔膜的制備主要是通過煅燒還原的方式。這種方法有很明顯的缺點(diǎn)：一是能耗大，處理?xiàng)l件苛刻；二是熱處理過程會造成多孔膜體積的膨脹；更重要的是，得到產(chǎn)物孔的多少和孔徑大小都不可控，孔尺寸不均一，這種不可控和無序的結(jié)構(gòu)不利于研究者對物質(zhì)在多孔結(jié)構(gòu)中的儲存及傳輸原理的研究和理解。而采用有機(jī)溶劑溶解結(jié)合臨界點(diǎn)干燥的方式制備石墨烯多孔膜的方法尚未見報道。這種制備方法的處理?xiàng)l件簡單、溫和、快速，可有效防止樣品發(fā)生細(xì)微變形，所制得的石墨烯多孔膜具有孔徑范圍大、可調(diào)控、且均一的特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種簡單、高效的制備石墨烯多孔膜的方法，可以顯著提高石墨烯膜的比表面積，實(shí)現(xiàn)大量快速制備，對于石墨烯多孔膜在材料科學(xué)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用具有很大的意義。

本發(fā)明提供一種石墨烯多孔膜的制備方法，包括以下步驟：

（1）將氧化石墨加入水中，得到氧化石墨分散液，超聲分散，得到氧化石墨烯溶液；

（2）向上述氧化石墨烯溶液中加入造孔劑，使造孔劑均勻分散在氧化石墨烯中，抽濾和/或干燥，得到氧化石墨烯與造孔劑的復(fù)合物膜；

（3）對氧化石墨烯與造孔劑的復(fù)合物膜進(jìn)行還原，洗滌，得到石墨烯與造孔劑的復(fù)合物膜；

（4）以有機(jī)溶劑除去造孔劑，在濕潤條件下，進(jìn)一步用臨界點(diǎn)干燥法處理1-5h，得到石墨烯多孔膜。

所述步驟（1）中氧化石墨分散液的濃度為1-10mg/mL。

所述步驟（1）中超聲分散時間為0.5-5h。

所述步驟（2）中造孔劑為均聚物微球、二元共聚物微球和多元共聚物微球中的一種或多種。

所述步驟（2）中氧化石墨烯與造孔劑的質(zhì)量比為0.05-10 : 1，優(yōu)選為0.1-2 : 1。

所述步驟（3）中采用的還原劑為氫碘酸，氫碘酸溶液的體積百分濃度為40-60%；氧化石墨烯與氫碘酸的用量比為（0.1-5）g:1L；反應(yīng)溫度為80-100℃；還原時間為1-8h。

所述步驟（4）中采用的有機(jī)溶劑為甲苯，四氫呋喃，四氫呋喃與丙酮的混合物中的一種或多種。