[發(fā)明專利]一種單層石墨烯構(gòu)筑的三維多孔石墨烯薄膜的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611191949.X
• 申請(qǐng)日: 2016-12-21
• 公開（公告）號(hào): CN106744841B
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 招瑜;龐洲駿;魏愛香;李京波;劉俊;肖志明;溫如春;陳鎮(zhèn)海
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B32/184
• 分類號(hào): C01B32/184
• 代理公司: 44329 廣東廣信君達(dá)律師事務(wù)所
• 代理人: 楊曉松

1.一種利用單層石墨烯構(gòu)筑的三維石墨烯薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)改進(jìn)Hummer法制備氧化還原石墨烯：天然石墨和硝酸鈉經(jīng)過低溫反應(yīng)、中溫反應(yīng)、高溫反應(yīng)得到氧化石墨烯；

所述的低溫反應(yīng)：在量取23ml濃硫酸倒入錐形瓶，放入冰水浴冷卻至4-0℃，把1g天然石墨和0.5g硝酸鈉倒入錐形瓶，開啟超聲，0.5-2h后關(guān)閉超聲；緩慢加入高錳酸鉀3g，在低于10℃攪拌2小時(shí)；所述中溫反應(yīng)：錐形瓶移至38℃水浴鍋，攪拌反應(yīng)2小時(shí)；所述高溫反應(yīng)：把所得溶液加入100ml低溫去離子水，80℃水浴0.5小時(shí)，然后加入60ml去離子水終止反應(yīng)；隨后加入25ml體積比為30％的過氧化氫溶液，15min后加入40ml體積比為10％的鹽酸溶液；離心1000轉(zhuǎn)/min洗滌去除酸根離子，用氯化鋇檢測(cè)無白色沉淀；

氧化石墨烯的還原：干燥箱45℃烘干得到片狀樣品，碾磨成粉末放入坩堝，將坩堝放入溫度為300℃的馬弗爐2min，得到蓬松的石墨烯粉末；

球磨處理：1)準(zhǔn)確稱取干燥的石墨烯粉末0.02g，加入到乙醇或純水中，攪拌后在超聲波清洗器中超聲分散10min，使石墨烯粉末均勻分散在溶劑中；2)將均勻分散在溶劑中的石墨烯粉末懸浮液連同氧化鋯磨球一同裝入球磨罐中，置于行星式球磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行球磨；控制轉(zhuǎn)速以減少磨球在法線方向上的撞擊比率，增強(qiáng)剪切力；最后將球磨后的石墨烯分散液抽濾干燥后，得到單層石墨烯粉末；

(2)三維石墨烯薄膜的制備

石墨烯漿料的制備：配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5-15％的乙基纖維素的乙醇溶液，攪拌均勻后再加入9.6g松油醇和9.2g無水乙醇；最后加入準(zhǔn)備好的0.05-0.1g單層石墨烯粉末；磁力攪拌20-30min，再超聲分散20min，交替3-5次；然后再攪拌蒸發(fā)干無水乙醇；再加入0.6ml乙酰丙酮和0.6ml乳化劑攪拌均勻后得到石墨烯漿料；

絲網(wǎng)印刷對(duì)電極方法，在清洗干凈的FTO玻璃導(dǎo)電面印刷多層石墨烯漿料，放置鼓風(fēng)干燥箱在80-120℃預(yù)處理20min；然后再重復(fù)印刷；最后100-150℃固化處理；印刷上不同層數(shù)的石墨烯漿料；最后在100-400℃馬弗爐中進(jìn)行熱處理。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用單層石墨烯構(gòu)筑的三維石墨烯薄膜的制備方法，其特征在于：氧化還原石墨烯粉末利用球磨剝離，氧化鈷球磨珠與氧化還原石墨烯粉末的球料質(zhì)量比為(2000～10000)：1，轉(zhuǎn)速為200-400轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時(shí)間10-30h。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法制備得到的三維石墨烯薄膜。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種利用單層石墨烯構(gòu)筑的三維石墨烯薄膜的應(yīng)用，其特征在于，這種石墨烯薄膜可以直接為超級(jí)電容器、鋰離子電池、薄膜太陽能電池和染料敏化太陽能電池的電極材料。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種利用單層石墨烯構(gòu)筑的三維石墨烯薄膜的應(yīng)用，其特征在于，以一些金屬氧化物或金屬硫化物修飾的石墨烯薄膜可以為超級(jí)電容器、鋰離子電池、薄膜太陽能電池和染料敏化太陽能電池的電極材料。