[發明專利]一種高比表面積多孔褶皺石墨烯的制備方法

有效

• 申請號: 201810039873.1
• 申請日: 2018-01-16
• 公開（公告）號: CN108033440B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 唐志紅;趙勁林;楊俊和
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

本發明提供了一種高比表面積多孔褶皺石墨烯的制備方法，將氧化石墨烯溶液和水溶性含氮化合物混合，在一定溫度反應一定時間以后，加入造孔劑混合均勻得到混合液；將混合液超聲霧化并在一定溫度加熱以使混合液中的溶劑揮發而得氧化石墨烯/造孔劑粉末顆粒；收集所得氧化石墨烯/造孔劑粉末顆粒并在惰性氣體保護下熱處理以得到高比表面積褶皺石墨烯產品，其中熱處理溫度為600?1100℃，造孔劑為NaOH、KOH以及K₂CO₃等，所得產品的比表面積在1000至2000m²/g之間。本發明在保持褶皺石墨烯的形貌的同時，能夠獲得高比表面積。

技術領域

本發明屬于化工領域，涉及一種石墨烯，具體來說是一種高比表面積多孔褶皺石墨烯的制備方法。

背景技術

石墨烯是以sp²雜化碳原子構成的二維蜂窩狀晶體。理論上，二維石墨烯具有超高的比表面積，良好的電導率，高載流子遷移率，高機械強度等，使其在二維材料應用方面備受關注。目前，石墨烯材料的產業化應用的一個障礙是石墨烯片層之間存在范德華力，使得層與層之間很容易發生聚集，這就大大降低了它的比表面積，限制了它的性能及應用。一種可行的方法就是將二維納米片層結構轉化為三維的褶皺團狀結構。不同于平整的片層，具有高度褶皺團狀結構石墨烯具有很高的自由體積，以及優異的抗壓性能。

對褶皺石墨烯造孔，在保持其褶皺形貌的同時，將進一步提高其比表面積，從而提高其性能。但是直接將褶皺石墨烯利用造孔劑活化，雖然獲得高比表面積，但是完全失去了其褶皺結構。將氧化石墨烯與造孔劑同時噴霧褶皺，可以制備多孔褶皺石墨烯，但是常用的造孔劑通常具有還原性，能夠將氧化石墨烯部分還原，因此改變了噴霧干燥過程中溶劑水和氧化石墨烯之間的作用力，同時也使得被還原的氧化石墨烯會產生部分堆疊，制備的多孔褶皺石墨烯比表面積比較低，一般低于1000m²/g，因此，制備高比表面積的多孔褶皺石墨烯對于拓寬石墨烯的實際應用具有重要的實際意義。

發明內容

針對現有技術中的上述技術問題，本發明提供了一種高比表面積多孔褶皺石墨烯的制備方法，所述的這種高比表面積多孔褶皺石墨烯的制備方法要接現有技術中的制備的多孔褶皺石墨烯比表面積比較低的技術問題。

本發明提供了一種高比表面積多孔褶皺石墨烯的制備方法，包括如下步驟：

1)將氧化石墨烯溶液和水溶性含氮化合物混合，所述的氧化石墨烯溶液的濃度為0.1-5mg/ml，所述的水溶性含氮化合物選自氨水、乙二胺、苯胺、三乙烯四胺或者四乙烯五胺中的任意一種，所述的水溶性含氮化合物與氧化石墨烯的質量比為1:10-100:1，在0-100℃的溫度下反應0.1-24h，再加入造孔劑混合均勻得到混合液；所述的造孔劑為NaOH、KOH或者K₂CO₃，氧化石墨烯與造孔劑的質量比為1:1-1:5；

2)將混合液超聲霧化，并在100-600℃的溫度下加熱，得氧化石墨烯/造孔劑粉末顆粒；

3)將氧化石墨烯/造孔劑粉末顆粒在惰性氣體保護下熱處理，熱處理溫度為400-1100℃，得到高比表面積多孔褶皺石墨烯，所得高比表面積多孔褶皺石墨烯的比表面積在1000至2000m²/g之間。

進一步的，在步驟1）中，氧化石墨烯溶液與氨水按質量比以1:10的質量比混合，60℃反應6h，然后加入與氧化石墨烯質量比為4：1的KOH，混合均勻得到混合液。

本發明是將氧化石墨烯溶液和水溶性含氮化合物等親水性還原劑混合，在一定溫度反應一定時間以后，加入造孔劑混合均勻得到混合液；將混合液超聲霧化并在一定溫度加熱以使混合液中的溶劑揮發而得氧化石墨烯/造孔劑粉末顆粒；收集所得氧化石墨烯/造孔劑粉末顆粒并在惰性氣體保護下熱處理以得到高比表面積褶皺石墨烯產品。