[發(fā)明專利]一種負載層狀雙金屬氫氧化物的石墨烯多孔膜及其制備方法和應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111710533B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃鐵騎;朱紀欣
• 申請（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學
• 主分類號: H01G11/26
• 分類號: H01G11/26;H01G11/24;H01G11/30;H01G11/32;H01G11/86;H01M4/36;H01M4/583;H01M4/62
• 代理公司: 南京知識律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 吳頻梅

本發(fā)明公開了一種負載層狀雙金屬氫氧化物的石墨烯多孔膜的及其制備方法和應(yīng)用，步驟如下：首先將氧化石墨烯水相分散液通過扁形噴頭注入含有雙金屬離子的凝固浴中，靜置后取出轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中進行熱處理，再經(jīng)洗滌后通過冷凍干燥得到負載層狀雙金屬氫氧化物的石墨烯多孔膜。所得的柔性膜具有豐富的多級結(jié)構(gòu)，以石墨烯多孔膜為導(dǎo)電骨架，均勻負載層狀雙金屬氫氧化物納米材料，兼具豐富的活性位點、可控的孔隙結(jié)構(gòu)與較好的導(dǎo)電性，在傳感、儲能以及催化等方面擁有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于石墨烯復(fù)合材料領(lǐng)域，涉及一種負載層狀雙金屬氫氧化物的石墨烯多孔膜。

背景技術(shù)

層狀雙金屬氫氧化物(layered double hydroxides，LDHs)是一類由兩種(或兩種以上)金屬元素組成的金屬氫氧化物，其具有明顯的層狀結(jié)構(gòu)，主層板和層間的陰離子及水分子相互交疊。由于其組成(層板上的金屬離子的種類與比例、陰離子的種類等)與結(jié)構(gòu)(層數(shù)、層間距等)易于調(diào)控便于修飾，所以可以獲得各種特征不同的功能性。其中，通過相關(guān)精確剪裁，可以獲得大比表面積、高離子電導(dǎo)率、快電化學反應(yīng)的LDHs，因此在超級電容器、二次電池及電催化等能源轉(zhuǎn)換和電化學儲能中表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。然而，其也面臨著導(dǎo)電性不高、穩(wěn)定性不佳、分散性不良等關(guān)鍵問題。

石墨烯，是一種由碳原子組成的二維材料，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性與可觀的比表面積，非常適合作為電極材料的載體。以石墨烯復(fù)合LDHs能大幅度降低材料的電阻、提高材料的力學性能，并且能通過晶種控制優(yōu)化LDHs的晶體尺寸與分布，有效暴露相關(guān)LDHs的活性位點，增大LDHs的界面接觸效果，從而提升整體材料的功能性。目前，主要的技術(shù)手段集中于將石墨烯粉體材料與合成的LDHs進行物理共混，這種方法難以獲得均勻分布的物相結(jié)構(gòu)，使得LDHs的性能釋放不佳。近來雖然有報道利用石墨烯粉體材料原位生長LDHs，但復(fù)合材料仍然會出現(xiàn)石墨烯和LDHs的自堆積現(xiàn)象，導(dǎo)致其穩(wěn)定性和環(huán)境耐性仍然不能令人滿意。此外，現(xiàn)代社會對于自支撐柔性材料的渴求與日俱增，而當前的粉體材料原理上無法滿足這種耐彎曲耐形變的要求。因此，發(fā)展高效、綠色、快捷的負載LDHs柔性石墨烯材料的合成方法成為了重要的科學與產(chǎn)業(yè)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種負載LDHs的石墨烯多孔膜及其制備方法和應(yīng)用，該柔性膜具有豐富的多級結(jié)構(gòu)，以石墨烯多孔膜為導(dǎo)電骨架，均勻負載層狀雙金屬氫氧化物納米材料，兼具豐富的活性位點、可控的孔隙結(jié)構(gòu)與較好的導(dǎo)電性。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是：一種負載層狀雙金屬氫氧化物的石墨烯多孔膜的制備方法，具體的步驟如下：

(1)將氧化石墨烯水相分散液通過扁形噴頭注入含有兩種過渡金屬離子的水溶液中，每種金屬離子濃度為0.01～0.1mol/L，得到雙金屬離子交聯(lián)的氧化石墨烯水凝膠膜；

(2)將上述水凝膠膜取出后置于反應(yīng)釜中進行熱處理，獲得負載層狀雙金屬氫氧化物的石墨烯水凝膠膜；

(3)將上述水凝膠膜進行洗滌，利用冷凍干燥法獲得負載層狀雙金屬氫氧化物的石墨烯多孔膜。

優(yōu)選的，所述步驟(1)中氧化石墨烯濃度為5～20g/L，金屬離子為鋅、鐵、鈷、鎳、銅的離子中任意兩種。

優(yōu)選的，所述步驟(2)的熱處理溫度為120～180℃，熱處理時間為0.5～8h。

優(yōu)選的，所述步驟(3)的洗滌劑為極性溶劑，甲醇、乙醇、以及水中一種或多種。

優(yōu)選的，當水溶液中金屬離子為含有鎳離子或銅離子時，洗滌劑中含有乙醇。

優(yōu)選的，步驟(1)中雙金屬離子為鎳、鐵，濃度都為0.05mol/L，步驟(2)中通過2小時150℃的水熱反應(yīng)，經(jīng)乙醇與水的等體積混合液洗滌，可以得到均勻負載納米片狀鎳鐵雙金屬氫氧化物的石墨烯多孔膜。