[發明專利]一種用于超級電容器的多孔石墨烯的制備方法及超級電容器

在審

• 申請號: 201810117076.0
• 申請日: 2018-02-06
• 公開（公告）號: CN110117001A
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發明（設計）人: 張超;張在忠;趙永彬;姜彤彤;程金杰
• 申請（專利權）人: 山東歐鉑新材料有限公司
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184;B82Y40/00;H01G11/36;H01G11/24
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵

本發明提供了一種多孔石墨烯的制備方法，包括以下步驟，首先將氧化石墨烯氣凝膠和堿溶液混合后，得到混合物；然后在保護性氣氛下，將上述步驟得到的混合物經過熱處理后，得到多孔石墨烯。本發明采用低成本的氧化石墨烯和堿為初始原料，以具有3D形貌的氧化石墨烯氣凝膠為基礎進行后續制備，反應條件溫和，大大降低了多孔石墨烯的制備成本，而且氣凝膠能夠吸收堿溶液，使混合更均勻，更利于堿的刻蝕和還原，有效的解決了氧化石墨烯與堿干混不均勻的難題；并且經過活化后樣品容易處理，廢液處理簡單，對環境不造成污染，適合大規模工業化生產，具有廣泛的工業應用前景。

技術領域

本發明屬于石墨烯技術領域，涉及一種多孔石墨烯的制備方法，尤其涉及一種用于超級電容器的多孔石墨烯的制備方法及超級電容器。

背景技術

石墨烯(Graphene)是一種由碳原子構成的單層片狀結構的新材料。它是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原子厚度的二維材料。作為一種由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體，它是目前進入應用領域中最薄的材料和最強韌的材料；同時石墨烯具有巨大的理論比表面積，物理化學性質穩定，可在高工作電壓和大電流快速充放電下保持很好的結構穩定性；石墨烯還具有優異的導電性，可以降低內阻，提高超級電容器的循環穩定性；另外，石墨烯幾乎是完全透明的，只吸收2.3％的光。并且非常致密，即使是最小的氣體原子(氦原子)也無法穿透。這些特征使得它非常適合作為透明電子產品的原料，如透明的觸摸顯示屏、發光板和太陽能電池板。正是由于石墨烯具有上述諸多的優異物理化學性質，其在儲能材料，環境工程，靈敏傳感方面被廣泛應用，被稱為“黑金”或是“新材料之王”，而且潛在的應用前景廣大，目前已成為全世界的關注焦點與研究熱點，特別是石墨烯的優異性能為發展高性能、多功能聚合物納米復合材料現實了極大的前景。

自2004年Geim等首次采用微機械剝離法制備出石墨烯以來，石墨烯就因其具有高導電性、高比表面積、高強度及高電子遷移率等優異的性能，引起了人們的廣泛關注，進而也促進了石墨烯制備技術的快速發展。由于獨特的二維晶體結構和優異的光熱力電等性質，石墨烯在超級電容器領域展現出巨大的潛力。石墨烯本征容量約為21μf/cm²，如果它的表面能全部被利用，僅雙電層電容可達550F/g。另外作為其它sp²碳材料的基本結構單元，石墨烯的出現為構建功能導向型碳材料提供了豐富的可能，將碳基材料的設計制備推向了新的發展階段。與活性炭等傳統材料相比，碳納米材料的構建具有更大的發揮空間和結構調控幅度，不斷刷新著材料的質量容量性能。

然而，現有的技術文獻中雖然公開了許多高比表面積的多孔石墨烯的制備方案，但通常都方法復雜，成本高，無法適用于實際生產，更主要的是進行空間應用時，還需要再次搭建宏觀3D結構，不僅難度大，而且還會影響原有石墨烯的性能。

因此，如何找到一種多孔石墨烯的制備方法，解決上述問題，已成為領域內諸多研究人員和企業廣為關注焦點之一。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種多孔石墨烯的制備方法，特別是一種微觀多孔的石墨烯的制備方法，本發明提供的多孔石墨烯，具有3D宏觀形貌，較高的比表面積和較低的含氧量，而且能在溫和條件下快速、低成本的制備，綠色環保，適于工業化大生產應用。

本發明提供了一種多孔石墨烯的制備方法，包括以下步驟：

A)將氧化石墨烯氣凝膠和堿溶液混合后，得到混合物；

B)在保護性氣氛下，將上述步驟得到的混合物經過熱處理后，得到多孔石墨烯。

優選的，所述堿包括氫氧化鉀、氫氧化鈉、濃氨水、尿素、碳酸鈉和四丙基氫氧化銨中的一種或多種；

所述氧化石墨烯氣凝膠與所述堿的質量比為1：(3～6)。

優選的，所述步驟A)具體為：

將氧化石墨烯氣凝膠吸收堿溶液后，得到混合物；