[發明專利]一種3D多孔摻氮石墨烯膜電極的制備方法

在審

• 申請號: 201810196065.6
• 申請日: 2018-03-09
• 公開（公告）號: CN108417403A
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發明（設計）人: 黨斐;劉益倫;楊鵬飛
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/30;H01G11/32;H01G11/86
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

本發明涉及石墨烯技術領域，尤其是涉及一種3D多孔摻氮石墨烯膜電極的制備方法；本發明通過一步法還原氧化石墨烯至摻氮的石墨烯，然后將大片狀和小片狀摻氮石墨烯片按照一定比例混合，攪拌均勻溶解在乙醇溶液中；通過真空抽濾制備摻氮石墨烯膜，待濾膜上沒有自由水時立即撤離真空裝置，緊接著將摻氮石墨烯膜置于低溫的冷凍干燥機中干燥一定時間，將摻氮石墨烯膜完整的從濾膜上剝離下來；本發明制備的摻氮石墨烯膜解決了傳統石墨烯膜的致密堆積結構，制備的摻氮石墨烯膜具有三維多孔結構，在儲能方面具有廣泛的應用。

技術領域

本發明涉及石墨烯技術領域，尤其是涉及一種3D多孔摻氮石墨烯膜電極的制備。

背景技術

石墨烯是碳原子以強共價鍵-π鍵連接，這種連接作用既具有彈性又具有韌性，具有優異的力學性能和導電性，在力學，電學和生物學等方面具有較大的潛力。石墨烯膜因其高比表面積和高導電性引起廣大科研人員的廣泛研究。但是目前制備的石墨烯膜之間由于π-π相互作用，石墨烯片狀在組裝過程中容易堆積成緊密的結構，導致比表面積減少從而使其在儲能方面受到大幅限制。

發明內容

本發明的目的主要在于針對上述存在的問題，制備一種成本低，高比表面積，高穩定性，高柔韌性和獨特的3D多孔石墨烯膜電極材料。

為實現上述的目的，本發明采用以下的技術方案：

一種3D多孔摻氮石墨烯膜電極的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

1)氧化石墨烯還原以及摻氮

將氧化石墨烯通過磁力攪拌溶解于N-N二甲基酰胺DMF中，制備濃度為1-3mg/ml的氧化石墨烯/DMF溶液；取適量的氧化石墨烯/DMF溶液與乙二胺按照體積比為(1-5):1均勻混合后，置于85℃油浴中回流條件下反應，一步法還原氧化石墨烯制備摻氮的石墨烯溶液；使用去離子水反復清洗制備的摻氮的石墨烯溶液直至濾液為中性，最后將摻氮的石墨烯冷凍干燥制備摻氮的石墨烯固體。

2)3D多孔摻氮石墨烯膜制備

將制備的大片狀和小片狀摻氮的石墨烯按照質量比為(0-1)：

(1-0)混合，均勻地攪拌溶解在乙醇溶液中得到0.5-5mg/ml摻氮的石墨烯溶液；摻氮石墨烯膜通過濾膜真空抽濾適量的上述摻氮的石墨烯溶液制備，當濾紙上沒有自由水時立即撤離真空裝置；然后將其放入低溫的冷凍干燥機中干燥，最后將摻氮的石墨烯膜從濾紙上剝離下來。

步驟1)中所述的氧化石墨烯是由Hummer法、機械剝離或者電化學剝離制備而得。

步驟1)中所述的回流條件下反應時間為8h-48h。

步驟2)中所述的大片狀和小片狀石墨烯通過制備調控或者后制備調控；制備調控主要包括通過氧化不同片狀大小的石墨從而制備不同片狀大小的石墨烯；后制備調控主要制備一種片狀的摻氮的石墨烯，然后通過超聲處理得到小片狀的摻氮的石墨烯。

步驟2)中所述的乙醇溶液中無水乙醇的體積含量為10％-60％。

步驟2)中所述的濾膜的孔徑為0.22μm。

步驟2)所述的冷凍干燥箱的初始溫度為-45℃以下，干燥時間至少是24h。

本發明的有益效果在于：本發明對用于儲能應用的石墨烯膜的制備方法進行優化，使之同時具有高比表面積和高導電性。大片狀石墨烯和小片狀石墨烯膜組裝的多級孔石墨烯膜中，大片狀石墨烯片主要負責提供多孔骨架和大孔，小片狀石墨烯片在大片狀組裝的大孔中組裝堆積成較小的孔徑，從而形成多級孔結構。