[發明專利]多孔石墨烯及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202010691153.0
• 申請日: 2020-07-17
• 公開（公告）號: CN111807353A
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 張小廷;沈偉;曹建蘋;陳韻吉
• 申請（專利權）人: 北京石墨烯研究院
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184;C01B32/194;G01N33/00;H01G11/24;H01G11/36;H01M4/62;H01M4/96
• 代理公司: 北京律智知識產權代理有限公司 11438
• 代理人: 司麗琦;于寶慶

本發明提供一種多孔石墨烯及其制備方法和應用，該制備方法包括：將石墨烯與金屬鹽充分混合；混合后的物料于惰性氣氛下熱處理；及對熱處理后的產物進行酸處理，得到多孔石墨烯。該方法工藝簡單、成本低，且可根據實際需要對孔徑、孔形狀進行精確調控，所得多孔石墨烯可在多種領域，例如鋰離子電池導電劑、超級電容器電極材料、燃料電池催化劑、各種氣體傳感器等中應用。

技術領域

本發明涉及石墨烯領域，具體涉及一種多孔石墨烯及其制備方法和應用。

背景技術

石墨烯是由sp²雜化的碳原子組成的二維納米炭材料，經過一系列的包裹、卷曲和堆疊等操作可以形成零維的富勒烯、一維的碳納米管以及三維的石墨，因此石墨烯被稱為“炭材料之母”。

完美的石墨烯中只含有sp²碳，是一個平面結構，但是通常由化學法制備的石墨烯由于經過強酸強氧化環境的處理，因此會含有部分sp³碳以及缺陷。缺陷的存在雖然破壞了石墨烯的本征結構，但是同時也賦予了含有缺陷的石墨烯一些完美石墨烯不具有的性質，從而可以拓展其用途。作為缺陷的一個重要種類，含有孔的石墨烯除具有石墨烯本征的性質之外，還有很多獨特的性質，進而具有更廣的應用范圍，例如：鋰離子電池導電劑、超級電容器電極材料、燃料電池催化劑、各種氣體傳感器等。

目前，多孔石墨烯的制備方法主要包括光刻蝕法、催化刻蝕法、化學刻蝕法、碳熱還原法、水熱法等。但是目前的制備方法中，對多孔石墨烯孔徑以及孔形狀依然不能精確控制。而孔徑和孔形狀的調控對于多孔石墨烯的應用具有重要的意義。

需注意的是，前述背景技術部分公開的信息僅用于加強對本發明的背景理解，因此它可以包括不構成對本領域普通技術人員已知的現有技術的信息。

發明內容

本發明的一個主要目的在于克服上述現有技術的至少一種缺陷，提供一種多孔石墨烯及其制備方法和應用，以實現孔徑和孔形狀可調控的多孔石墨烯的制備。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明提供一種多孔石墨烯的制備方法，包括：將石墨烯與金屬鹽充分混合；混合后的物料于惰性氣氛下熱處理；及對熱處理后的產物進行酸處理，得到多孔石墨烯。

根據本發明的一個實施方式，金屬鹽選自金屬含氧酸鹽、金屬無氧酸鹽中的一種或多種，金屬含氧酸鹽選自硫酸鐵、硝酸鐵、磷酸鐵、硫酸銅、硝酸銅、磷酸銅、硫酸鈷、硝酸鈷、磷酸鈷、硫酸鎳、硝酸鎳、磷酸鎳、硫酸錳、硝酸錳和磷酸錳中的一種或多種；金屬無氧酸鹽選自氯化鐵、氯化銅、氯化鈷、氯化鎳、氯化錳、溴化鐵、溴化銅、溴化鈷、溴化鎳和溴化錳中的一種或多種。

根據本發明的一個實施方式，石墨烯與金屬鹽的質量比為1:0.02～1:50。

根據本發明的一個實施方式，熱處理的溫度為300℃～1200℃，熱處理的時間為0.1h～5h。

根據本發明的一個實施方式，酸處理包括將熱處理后的產物置于酸溶液中處理0.5h～10h，其中酸溶液中的酸選自鹽酸、硫酸、硝酸和磷酸中的一種或多種，酸溶液的濃度為0.01M～10M。

根據本發明的一個實施方式，石墨烯為功能化石墨烯，功能化石墨烯選自氧化石墨烯、羧基化石墨烯、羥基化石墨烯、酰氯化石墨烯中的一種或多種。

根據本發明的一個實施方式，將石墨烯與金屬鹽充分混合包括：將石墨烯和金屬鹽置于溶劑中分散，得到分散液；分散液經超聲處理0.1h～5h后，攪拌1h～12h；及攪拌后的溶液經干燥后，得到充分混合的石墨烯與金屬鹽。

本發明還提供一種多孔石墨烯，采用上述方法制備得到。

根據本發明的一個實施方式，多孔石墨烯的孔徑范圍10nm～800nm，孔形狀選自圓形、橢圓形和長條形中的一種或多種。