[發明專利]鉚釘結構石墨烯復合氣凝膠薄膜、其制備方法及應用

有效

• 申請號: 202010882171.7
• 申請日: 2020-08-27
• 公開（公告）號: CN111977644B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 張學同;汪偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: C01B32/198
• 分類號: C01B32/198;C01B32/194;C01B32/184
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王茹;王鋒

本發明公開了一種鉚釘結構石墨烯復合氣凝膠薄膜、其制備方法及應用。所述鉚釘結構石墨烯復合氣凝膠薄膜具有連續、規整有序的石墨烯三維多孔網絡結構和鉚釘結構，所述三維多孔網絡結構由石墨烯片層相互搭接構成，所述鉚釘結構由羥基氧化鐵納米纖維橋接和貫穿石墨烯片層復合而成。所述制備方法包括：利用濕法紡膜輔助的溶膠?凝膠制備技術，制得鉚釘結構石墨烯復合水凝膠薄膜，再進行溶劑置換和干燥處理，獲得鉚釘結構石墨烯復合氣凝膠薄膜。本發明的鉚釘結構石墨烯復合氣凝膠薄膜具有較好的機械強度，優異的親水性，同時能組裝成水伏學器件，實現高效鹽水發電，且制備工藝簡潔，反應條件溫和，易操作，成本低，綠色無污染，可實現連續化生產。

技術領域

本發明涉及一種石墨烯復合氣凝膠薄膜的制備方法，尤其涉及一種鉚釘結構石墨烯復合氣凝膠薄膜及其制備方法與應用，屬于納米能源技術領域。

背景技術

氣凝膠是通過溶膠-凝膠法和采用特殊的干燥工藝(如超臨界流體干燥)，形成一種分散介質為氣體的、具有連續三維多孔網絡結構的低密度固體材料。自1932年，美國化學家Kistler首次利用超臨界流體干燥技術制備得到氧化硅氣凝膠，隨后，氣凝膠作為材料家族的新成員受到人們的關注及研究。隨著氣凝膠研究手段的不斷豐富和基礎研究的不斷深入，時至今日，越來越多的新型氣凝膠不斷涌出，氣凝膠已經從最初的SiO₂氣凝膠發展成為龐大的氣凝膠家族。如氧化物氣凝膠、碳化物氣凝膠、氮化物氣凝膠、石墨烯氣凝膠、量子點氣凝膠、聚合物基有機氣凝膠、生物質基有機及碳氣凝膠等其他種類氣凝膠，極大的豐富了氣凝膠的家族，擴展了氣凝膠的研究領域及應用方向。氣凝膠材料具備低密度、高比表面積和高孔隙率等結構特性，使其具有耐高溫、低熱導率、低折射率和低聲傳播速度等特殊的光、熱、聲、電性能，進而在隔熱保溫、吸附分離、生物醫用、光-電催化、儲能轉化、吸聲隔音及高能粒子捕獲等諸多領域有著廣闊的應用前景，吸引了科研、生產、設計等領域的廣泛關注，成為當前材料科學的重點研究領域之一。

石墨烯氣凝膠薄膜一般是由氧化石墨烯還原成石墨烯并通過自組裝而來的具有三維多孔網絡結構的宏觀膜材料。具有高比表面積、高孔隙率、優異導電性能及電化學行為的材料。氧化石墨烯具有較為良好的凝膠化特性，在制備石墨烯氣凝膠過程中，可引入交聯劑黏附在氧化石墨烯層上，與其它相鄰的層相互連接，形成化學交聯來調整石墨烯氣凝膠的空間結構與性質。氧化石墨烯凝膠常用的有效交聯劑有蛋白質、小分子季銨鹽類、DNA、金屬離子和具有氫鍵受體和陽離子電荷的合成聚合物等。這些交聯劑可以調節以氧化石墨烯為基礎的膠體體系，通過疏水作用、氫鍵的平衡和靜電排斥，形成水凝膠，進而通過干燥技術制得氣凝膠。但一般這種方法形成的石墨烯片層搭接的氣凝膠結構力學性能和結構穩定性都不足，極大限制了石墨烯氣凝膠薄膜的應用拓展。

鑒于氣凝膠的快速發展和石墨烯氣凝膠薄膜功能的受限，迫切需要和提出一種結構新穎和功能優異的氣凝膠薄膜的制備方法。例如，四氧化三鐵和氧化石墨烯復合氣凝膠材料(CN104479174A)和基于納米四氧化三鐵的磁性纖維素和氧化石墨烯復合氣凝膠(CN109535485A)，但控制合成特殊結構的石墨烯功能化氣凝膠薄膜還具有一定挑戰。

因此，如何尋求一種合成特殊新穎結構和功能優異的石墨烯功能化氣凝膠薄膜的新技術，進而實現操作工藝簡單、周期短和成本低的目的，將石墨烯氣凝膠薄膜的應用推向新的高度，更好服務社會需求，已然成為業界研究人員長期以來一直努力的方向。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種鉚釘結構石墨烯復合氣凝膠薄膜及其制備方法，以克服現有技術中的不足。

本發明的另一目的還在于提供所述鉚釘結構石墨烯復合氣凝膠薄膜的應用。

為實現前述發明目的，本發明采用的技術方案包括：

本發明實施例提供了一種鉚釘結構石墨烯復合氣凝膠薄膜，它具有連續、規整有序的石墨烯三維多孔網絡結構和鉚釘結構，所述三維多孔網絡結構由石墨烯片層相互搭接構成，所述鉚釘結構由羥基氧化鐵納米纖維橋接和貫穿石墨烯片層復合而成。