[發(fā)明專利]一種氧化石墨烯氣凝膠、還原氧化石墨烯氣凝膠及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811045691.1
• 申請日: 2018-09-07
• 公開（公告）號: CN109096526B
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張建明;龐凱;段詠欣;劉曉婷
• 申請（專利權(quán)）人: 青島科技大學
• 主分類號: C08J9/10
• 分類號: C08J9/10;C08J9/06;C08J9/36;C08J5/18;C01B32/198;C08L5/08;C08K7/00;C08K3/04
• 代理公司: 北京悅和知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11714
• 代理人: 田昕

本發(fā)明實施例涉及功能材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氧化石墨烯氣凝膠、還原氧化石墨烯氣凝膠及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明實施例提供的氧化石墨烯氣凝膠，其為三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包括氧化石墨烯片層、被氧化石墨烯片層包圍的空隙以及位于氧化石墨烯片層之間或者吸附在氧化石墨烯片層表面的雙電性甲殼素納米纖維，所得到的氧化石墨烯氣凝膠具有各向異性，和較高的壓縮回彈性。本發(fā)明實施例基于氧化石墨烯氣凝膠的基礎(chǔ)上進行了進一步還原獲得了還原氧化石墨烯氣凝膠，其性能獲得了進一步的優(yōu)化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功能材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氧化石墨烯氣凝膠、還原氧化石墨烯氣凝膠及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

石墨烯是由sp²碳原子構(gòu)成的二維層狀結(jié)構(gòu)納米碳材料，自2004年首次被成功制備出后就受到了許多科研工作者的關(guān)注，在電池、超級電容器、超濾等各個方面具有廣泛的應(yīng)用。

氣凝膠被稱為“固體煙”，是目前世界上已知密度最低的固體材料，其呈現(xiàn)為多孔泡沫狀，具有很高的比表面積，正是這些特點賦予氣凝膠這種三維材料獨特的性能，如超高的吸附能力、優(yōu)異的隔熱能力等。

石墨烯氣凝膠可以將石墨烯和氣凝膠的特性集合在一起，具有高的空隙率、超高的機械性能、以及優(yōu)異的導(dǎo)電及導(dǎo)熱能力。

氧化石墨烯是石墨烯最主要的前驅(qū)體，其表面具有豐富的含氧基團，其易于進行組裝。現(xiàn)有技術(shù)利用氧化石墨烯獲得石墨烯氣凝膠時，均為先得到氧化石墨烯水凝膠再采用特殊的干燥工藝，防止其結(jié)構(gòu)收縮從而得到氣凝膠。此外，雖然采用常壓干燥法也可以制備得到石墨烯氣凝膠，能在一定程度上節(jié)省制備成本，但是此種方法也需要先得到氧化石墨烯水凝膠然后進行冷凍處理、后還原、干燥等步驟制得氣凝膠，過程較為繁瑣。綜上，所有現(xiàn)有石墨烯氣凝膠制備工藝的過程較為復(fù)雜、制備周期較長(至少在12h以上)，且耗能較大，難以進行大規(guī)模生產(chǎn)。

公開于該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在增加對本發(fā)明的總體背景的理解，而不應(yīng)當被視為承認或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的

為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種氧化石墨烯氣凝膠、還原氧化石墨烯氣凝膠及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明提供的氧化石墨烯氣凝膠，具有良好的壓縮回彈性和各向異性。本發(fā)明提供的氧化石墨烯氣凝膠的制備方法，最快可在1min內(nèi)制備得到氧化石墨烯氣凝膠，步驟簡單，大大縮減了制備周期，耗能較小，有利于加快工業(yè)化進程。本發(fā)明基于氧化石墨烯氣凝膠的基礎(chǔ)上進行了進一步還原獲得了還原氧化石墨烯氣凝膠，其性能獲得了進一步的優(yōu)化。

解決方案

為實現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明實施例提供了一種氧化石墨烯氣凝膠，其為三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包括氧化石墨烯片層、被氧化石墨烯片層包圍的空隙以及位于氧化石墨烯片層之間或者吸附在氧化石墨烯片層表面的雙電性甲殼素納米纖維。

上述氧化石墨烯氣凝膠在一種可能的實現(xiàn)方式中，氧化石墨烯氣凝膠具有各向異性。

上述氧化石墨烯氣凝膠在一種可能的實現(xiàn)方式中，氧化石墨烯氣凝膠的密度為3-20mg/cm³。

本發(fā)明實施例還提供了一種氧化石墨烯氣凝膠的制備方法，該制備方法包括下述步驟：制備氧化石墨烯-雙電性甲殼素納米纖維雜化粒子的懸浮液，流延成膜，經(jīng)過干燥得到層層堆積的氧化石墨烯-雙電性甲殼素納米纖維雜化膜；將所得氧化石墨烯-雙電性甲殼素納米纖維雜化膜置于膨脹劑中浸泡后，經(jīng)干燥得到氧化石墨烯氣凝膠；所述制備氧化石墨烯-雙電性甲殼素納米纖維雜化粒子的懸浮液的步驟包括：將氧化石墨烯與雙電性甲殼素納米纖維在水反應(yīng)體系中混合，控制氧化石墨烯和雙電性甲殼素納米纖維的比例，調(diào)節(jié)水反應(yīng)體系中的pH使得氧化石墨烯與雙電性甲殼素納米纖維雜化結(jié)合且所述氧化石墨烯-甲殼素納米纖維雜化納米粒子在水中可穩(wěn)定分散。