[發明專利]三維石墨烯包覆介孔石墨烯復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201710166041.1
• 申請日: 2017-03-20
• 公開（公告）號: CN107055524B
• 公開（公告）日: 2019-12-06
• 發明（設計）人: 張登松;施利毅;顏婷婷
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C01B32/198
• 分類號: C01B32/198;C01B32/194
• 代理公司: 31205 上海上大專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 顧勇華<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明涉及一種三維石墨烯包覆介孔石墨烯復合材料的制備方法，屬于碳材料制備工藝領域，本發明通過將介孔石墨烯原位生長在三維石墨烯層間，以提高電極材料的比表面積和導電性，同時可以引入更多納米孔道，有利于離子擴散。該制備工藝快速，簡單，成本低，可批量生產。本發明制備的三維石墨烯包覆介孔石墨烯復合材料，介孔孔道豐富，比表面積高可廣泛應用于超級電容器、電容型脫鹽、鋰離子電池、鈉離子電池等領域。

技術領域

本發明涉及一種三維石墨烯包覆介孔石墨烯復合材料的制備方法，屬于碳材料制備工藝領域，該制備工藝可批量生產，本發明制備的三維石墨烯包覆介孔石墨烯復合材料，介孔孔道豐富，比表面積高，可以廣泛應用于超級電容器、電容型脫鹽等領域。

背景技術

石墨烯作為一種新興的二維蜂窩狀結構的碳材料，是構成石墨的基本單元。其具有良好的導電性、較寬的電化學窗口，高化學穩定性、及較大的比表面積，是電容型脫鹽的良好電極材料。石墨烯的理論比表面積很大，石墨烯用于電容脫鹽電極其脫鹽性能要遠小于其理論值，這主要是由于的石墨烯片與片之間π–π作用力較強，易發生層與層之間的疊層以及團聚等現象，使得石墨烯有效表面積利用率降低。為了降低石墨烯片層之間疊層以及團聚等現象，增加石墨烯有效表面積利用率，在石墨烯制備的過程中，表面負載其他客體材料如金屬氧化物、導電聚合物、碳材料，抑制石墨烯的團聚現象，提高其電容脫鹽性能，但是存在金屬氧化物和導電聚合物會污染水溶液，客體分散性不均勻等問題，導致電極穩定性降低。總體來說，目前客體材料導電性較石墨烯差，整體上降低了石墨烯導電性，因此，由石墨烯材料支撐阻止石墨烯堆疊，團聚的復合材料，擁有優異的比表面積和導電性，目前這類材料的制備仍具有一定技術難度。

發明內容

本發明目的是克服目前石墨烯復合材料中客體材料導電性較差、比表面積較低的缺點，將介孔石墨烯原位生長在三維石墨烯層間，可以極大地提高電極材料的比表面積和導電性，同時可以引入更多納米孔道，有利于離子擴散，可以大大提升材料性能。本發明的目的是通過以下技術手段和措施來達到的：

一種三維石墨烯包覆介孔石墨烯復合材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

a. 將一定質量比的鎳鹽與氧化石墨烯分散到乙二胺四乙酸與三乙胺的二甲基甲酰胺(DMF)混合溶液中，其中乙二胺四乙酸與三乙胺質量比為10:1-30:1，攪拌，離心除去DMF得到氧化石墨烯/Ni₂（EDTA）復合物；所述的鎳鹽與乙二胺四乙酸的質量比5:1-1:1；所述的乙二胺四乙酸與氧化石墨烯的質量比15:1-3:1；

b. 在惰性氣體保護下，將步驟a所得氧化石墨烯/Ni₂（EDTA）復合物進行兩步控溫高溫煅燒：第一步煅燒溫度為300-500℃，第二步煅燒溫度為600-1200℃，保溫時間均為1-3h；升溫速率均為0.5-5 ℃/min，惰性氣體流速為50-150 mL/min，得到三維石墨烯包覆介孔石墨烯/Ni復合物，用3-6 mol/L 的 FeCl₃的酸溶液刻蝕金屬鎳粒子，過濾，充分洗滌，過濾干燥得三維石墨烯包覆介孔石墨烯復合材料。

上述的鎳鹽為硝酸鎳、氯化鎳、乙酸鎳等?？扇苄孕墟圎}在二甲基甲酰胺溶液中與乙二胺四乙酸絡合形成鎳絡合物，該絡合物在惰性氣氛下鎳鹽被還原為4 nm左右的鎳顆粒，有機配體碳化為3-4層左右的石墨烯。鎳顆粒一方面可以催化的有機配體由無定型碳石墨化為石墨烯，另一方面鎳可以作為介孔硬板模，得到三維連通介孔石墨烯。

上述鎳鹽與乙二胺四乙酸的質量比5:1-1:1。鎳鹽與乙二胺四乙酸的質量比影響介孔石墨烯的的石墨烯化程度及其層數。

上述乙二胺四乙酸與氧化石墨烯的質量比15:1-3:1。乙二胺四乙酸與氧化石墨烯的質量比影響復合材料的表面積及結構。

附圖說明

圖1為本發明實施例1所制備三維石墨烯包覆介孔石墨烯掃描電鏡照片。

具體實施方式