[發明專利]一種一步電化學過程制備二維多孔氧化石墨烯的方法

有效

• 申請號: 202010060942.4
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111320166B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 孫凌
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: C01B32/198
• 分類號: C01B32/198
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

一種一步電化學過程制備二維多孔氧化石墨烯的方法，屬于石墨烯制備領域。本發明以石墨及含石墨晶體的加工導電材料為原料，經一步液相電化學處理過程，制備出納米尺度下具有二維多孔的氧化石墨烯。液相電化學過程是，以石墨材料為陽極，在低離子電導率的水中浸泡并施加恒電位，石墨微結構在與水產生電化學反應中被氧化、直接剝離出可在水中穩定分散的具有多孔結構的二維氧化石墨烯。過程簡單且無任何化學添加，因此，該方法實現條件簡單、安全、無污染。

技術領域

本發明屬于碳素材料領域，具體涉及一種二維多孔氧化石墨烯的電化學制備方法。

背景技術

作為多孔石墨烯前驅體的二維多孔氧化石墨烯，在海水淡化、儲能等涉及離子遷移等領域有著廣泛應用前景。目前以石墨為源頭的二維多孔石墨烯制備，主要有兩種途徑可以制備，一種是先行制備氧化石墨烯、再多孔化的多步法，一種是一鍋式制備出多孔化的氧化石墨烯的一步法。目前，多步法相對來說，可實現的途徑較多，居主流方法，例如專利《二維多孔結構氧化石墨烯的可控制備方法》(公開號CN107720743B)利用把過硫酸銨加入到氧化石墨烯分散液中并加熱回流，得到二維多孔結構氧化石墨烯納米材料；專利《一種多孔狀氧化石墨烯的制備方法》(公開號CN102963886A)提出利用交變電場長時間作用于用傳統方法得到的氧化石墨顆粒，使其水中剝離生成氧化石墨烯后再振蝕掉石墨烯表面帶電荷區域，得到多孔氧化石墨烯；專利《一種高效的氧化石墨烯納米片的制備工藝》(公開號CN104803376B)提出把氧化石墨烯水溶液與高錳酸鉀混合，經微波處理得到多孔氧化石墨烯。

而有關氧化石墨烯的主流制備方法，其共性問題就是離不開大量的酸堿鹽等的使用，工藝技術有環境風險(參考文獻“Structure and Synthesis of Graphene Oxide”，SunL.，《Chinese Journal of Chemical Engineering》，2019年，第2251-2260頁)；即使電化學方法有著顯著的污染減控優勢和較低時間成本，也同樣存在相同問題。例如，專利《一種連續化制備氧化石墨烯微片的方法》(公開號CN07215867A)提出在一種儲有純強酸的兩個酸池溶液體系中，讓石墨烯卷材先后經過電化學插層和電解氧化剝離兩過程，轉變成氧化石墨烯微片；專利《一種通過電化學法制備的石墨烯及其制備方法》(公開號CN109796012A)提出通過石墨鉑電極和質量百分比高達10～50％無機鹽溶液(含表面活性劑0.1％～1％，催化劑0.1％～1％)的電化學插層剝離體系制備出石墨烯微片。中國科學院蘭州化學物理研究所先后提出(專利《一種基于高濃度有機鹽水溶液電化學插層制備石墨烯的方法》CN110316729A和《一種基于高濃度無機鹽水溶液剝離制備氧化石墨烯的方法》CN110357087A)提出以高濃度有機鹽水溶液和高濃度無機廢水作為電解液，以石墨作為陽極，以惰性導電貴金屬材料作為陰極，進行電化學插層反應，分別得到石墨烯和氧化石墨烯聚集體，再通過機械剝離成石墨烯和氧化石墨烯。專利《一種高質量石墨烯材料的制備方法》(公開號CN110217784A)提出在水或醇中，利用酸、鹽等電解質在發生電化學反應時產生的過氧化物對石墨進行插層，過氧化物在插層過程中產生氣泡對石墨結構進行解理，在無需接觸電極的情況下實現石墨的高效解理和高質量石墨烯的電化學制備。專利《電化學高效剝離制備高質量石墨烯的方法》(公開號CN103991862B)提出在含K₂SO₄的鹽水溶液中，用石墨做正極，將鉑絲做負極，然后反復施加高的正負偏移電壓于石墨電極上，石墨迅速離解，分解成雙層石墨烯薄片。專利《電化學脈沖制備石墨烯熒光量子點的方法》(公開號CN105181660B)提出在酸性溶液、堿性溶液或中性鹽溶液中，采用電化學脈沖法，通過向石墨電極反復交替施加正電位和負電位，使電解液中的陰、陽離子反復交替進入石墨層與層之間，進而使石墨層與層之間剝離，制備石墨烯量子點。