[發(fā)明專利]石墨烯-金屬有機框架復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610857695.4
• 申請日: 2016-09-28
• 公開（公告）號: CN107871617B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陶呈安;張毅;王芳;黃堅;李玉姣;鄒曉蓉;朱慧;王建方
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科學技術(shù)大學
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/26;H01G11/30;H01G11/36;H01G11/48;H01G11/86
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 趙洪;張鮮

1.一種石墨烯-金屬有機框架復合材料，包括石墨烯和金屬有機框架化合物，其特征在于，所述石墨烯為三維多孔石墨烯，所述金屬有機框架化合物均勻生長于所述三維多孔石墨烯內(nèi)部孔道結(jié)構(gòu)中，所述石墨烯-金屬有機框架復合材料的制備方法包括以下步驟：

（1）將氧化石墨烯超聲分散于溶劑中進行水熱反應，得到三維多孔石墨烯液凝膠，干燥所述三維多孔石墨烯液凝膠，得到三維多孔石墨烯氣凝膠；

（2）利用壓力差或浸滲的方法使金屬有機框架材料前驅(qū)體溶液進入到所述三維多孔石墨烯氣凝膠的孔道中，得到含金屬有機框架材料前驅(qū)體溶液的三維多孔石墨烯氣凝膠；

（3）將步驟（2）所得含金屬有機框架材料前驅(qū)體溶液的三維多孔石墨烯氣凝膠進行熱處理，使三維多孔石墨烯的孔道中生長出金屬有機框架材料，得到石墨烯-金屬有機框架復合材料；所述熱處理的溫度為80℃～130℃，時間為24h～96h。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯-金屬有機框架復合材料，其特征在于，所述金屬有機框架化合物與三維多孔石墨烯的質(zhì)量比為0.01～30∶1。

3.一種石墨烯-金屬有機框架復合材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）將氧化石墨烯超聲分散于溶劑中進行水熱反應，得到三維多孔石墨烯液凝膠，干燥所述三維多孔石墨烯液凝膠，得到三維多孔石墨烯氣凝膠；

（2）利用壓力差或浸滲的方法使金屬有機框架材料前驅(qū)體溶液進入到所述三維多孔石墨烯氣凝膠的孔道中，得到含金屬有機框架材料前驅(qū)體溶液的三維多孔石墨烯氣凝膠；

（3）將步驟（2）所得含金屬有機框架材料前驅(qū)體溶液的三維多孔石墨烯氣凝膠進行熱處理，使三維多孔石墨烯的孔道中生長出金屬有機框架材料，得到石墨烯-金屬有機框架復合材料；所述熱處理的溫度為80℃～130℃，時間為24h～96h。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的石墨烯-金屬有機框架復合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟（1）中，所述氧化石墨烯與所述溶劑的比值為1mg～15mg∶1mL；所述溶劑包括水、乙醇、DMF和乙二醇中的一種或多種；所述水熱反應的溫度為90℃～210℃，所述反應時間為12h～72 h。

5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的石墨烯-金屬有機框架復合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟（1）中，所述氧化石墨烯的制備過程為：

a. 在冰水浴條件下，將混合酸加入石墨和強氧化劑的混合物中，加入過程中持續(xù)攪拌，得到混合物A；

b. 將混合物A進行油浴反應，冷卻后得到混合物B；

c. 將混合物B加入到含雙氧水的冰中，低速離心取上清液；將上清液高速離心取沉淀；

d. 將沉淀溶于水，超聲，透析純化，直至析出液為中性且檢測不出SO₄^2-離子，得到氧化石墨烯水溶液，冷凍干燥得氧化石墨烯。

6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的石墨烯-金屬有機框架復合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟（2）中，所述金屬有機框架材料前驅(qū)體溶液的制備過程為：

將金屬鹽和多羧酸類有機配體溶解于二甲亞砜中，得到金屬有機框架材料前驅(qū)體溶液。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的石墨烯-金屬有機框架復合材料的制備方法，其特征在于，所述金屬鹽包括金屬氯化物或金屬硝酸鹽，所述金屬氯化物包括Cu²⁺、Ni²⁺、Co²⁺、Zn²⁺或Mg²⁺的氯化物，所述金屬硝酸鹽包括Cu²⁺、Ni²⁺、Co²⁺、Zn²⁺或Mg²⁺的硝酸鹽；所述多羧酸類有機配體包括1,3,5-苯三甲酸、1,2,4-苯三甲酸、1,2,4,5-苯四甲酸、吡啶-2,4,6-三羧酸和吡啶-2,3,5,6-四羧酸中的一種或多種；所述金屬鹽與多羧酸類有機配體的摩爾比為2∶1～3；所述金屬鹽與二甲亞砜的比值為0.05～10mmol∶1g。