[發明專利]一種具有梯度孔結構的石墨烯氣凝膠微球及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010920703.1
• 申請日: 2020-09-04
• 公開（公告）號: CN111977641B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 張晚林;劉圓圓;高宇智;紀旭陽;張貝貝;李文靜;楊潔穎;趙英民;張昊
• 申請（專利權）人: 航天特種材料及工藝技術研究所
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184
• 代理公司: 北京格允知識產權代理有限公司 11609
• 代理人: 劉曉

本發明涉及一種具有梯度孔結構的石墨烯氣凝膠微球及其制備方法和應用，所述方法為：(1)將氧化石墨烯粉末、鋰鹽、離子液體超聲分散得到氧化石墨烯離子液體溶液；(2)使用微流控玻璃芯片系統制備氧化石墨烯離子液體微液滴；(3)微液滴吸收水分發生相分離形成梯度孔結構微乳液；(4)微乳液發生還原反應得到梯度孔結構石墨烯離子液體復合濕凝膠微球；(5)洗去離子液體和鋰鹽得到梯度孔結構石墨烯濕凝膠微球；(6)常壓干燥得到梯度孔結構石墨烯氣凝膠微球。本發明提供了一種制備具有梯度孔結構的石墨烯氣凝膠微球的全新方法，解決了現有技術均未能實現梯度孔結構石墨烯氣凝膠微球制備的技術難題，豐富了石墨烯氣凝膠微球的內涵及應用。

技術領域

本發明屬于納米多孔材料技術領域，涉及一種石墨烯氣凝膠的制備方法，尤其涉及一種具有梯度孔結構的石墨烯氣凝膠微球及其制備方法和應用。

背景技術

石墨烯氣凝膠是由二維的石墨烯薄片層之間經過物理或者化學上三維搭接、堆垛、組裝而來的具有三維連續多孔網絡結構的石墨烯宏觀體材料，該材料使石墨烯納米尺度下的眾多獨特性質在宏觀尺度上均得以展現，具有包括超高孔隙率、超低密度、超高彈性、低介電常數、極佳光熱/電熱轉換能力在內的諸多優異性能。相較于傳統的大塊體狀石墨烯氣凝膠，直徑在1～1000μm間的微球狀石墨烯氣凝膠能帶來材料在制備、性能及應用等新突破：首先，不會受到大尺寸成型的限制，因而在制備上更加簡單；其次，微球的比表面積更大，使得其用于吸附劑時吸附能力更強、用作催化劑載體時提供的活性反應中心更多，能進一步提高材料的使用效率；最后，氣凝膠微球的流動性好、易于分散均勻、易于回收等特點，能極大拓寬材料的工程化應用場景，將在能源存儲與轉化、藥物緩釋、環境治理等工程領域具有更大的實際應用價值。

近年來，石墨烯氣凝膠微球及其制備引起了眾多研究者的濃厚興趣。例如，中國專利申請CN105195067A通過噴霧法將氧化石墨烯水分散液霧化成氧化石墨烯液滴微球，經過冷凍干燥、熱還原過程后獲得石墨烯氣凝膠微球。中國專利申請CN110255539A公開了一種利用漿液供給裝置中將堿金屬氫氧化物與氧化石墨烯混合分散液，通過分流器供給至氯化鈣凝固浴中得到氧化石墨烯微球。中國專利申請CN106185908A提供了一種乳液法制備石墨烯氣凝膠微球的方法，以氧化石墨烯和高分子添加劑組成的分散液為水相，以有機溶劑和表面活性劑配置成的油相，將兩者進行攪拌得到油包水型乳液，對預冷凍、冷干后的氧化石墨烯氣凝膠微球進行氫碘酸蒸氣還原，得到石墨烯氣凝膠微球。然而，目前所有報道的方法都無法實現具有梯度孔結構的石墨烯氣凝膠微球的制備。

作為一種非均質材料，梯度多孔材料的孔徑大小沿著空間上某一特定方向呈連續或準連續的梯度分布，從而造成材料的宏觀性能也在同一方向上呈連續或準連續梯度變化，完全克服掉界面性能不匹配造成破壞的情況。因此，相比于孔大小隨機均勻分布的多孔結構，梯度多孔結構其性能可通過微觀結構的不同梯度變化予以靈活設計調控，實現材料性能的最優化。梯度孔結構普遍存在于天然材料中，例如動物骨頭就是一種典型的具有梯度孔結構的復合材料，其外部是堅韌的、起支撐作用的骨密質，逐漸向髓腔過渡的是孔徑從幾百微米到幾毫米的骨疏質，這種梯度結構賦予骨頭良好的生物力學性能?？梢栽O想的是，如果制備出具有梯度孔結構的石墨烯氣凝膠微球，其獨特的結構與伴隨而來在力學、熱學、聲學、電學、光學上的優越性能，將極大地擴大該材料在深空探測、國防軍事、隔音降噪、環境治理、能源存儲等領域的應用領域。

針對現有技術均未能實現梯度孔結構石墨烯氣凝膠微球制備的技術難題，本發明提供了一種具有梯度孔結構的石墨烯氣凝膠微球及其制備方法和應用。

發明內容

針對現有技術均未能實現梯度孔結構石墨烯氣凝膠微球制備的技術難題，本發明的目的是提供一種具有梯度孔結構的石墨烯氣凝膠微球及其制備方法和應用；本發明解決了人們一直渴望解決但始終未能獲得成功的技術難題，這將豐富石墨烯氣凝膠微球的內涵及應用。

本發明在第一方面提供了一種具有梯度孔結構的石墨烯氣凝膠微球的制備方法，所述方法包括如下步驟：