[發明專利]一種原位生長碳納米管/石墨烯復合海綿的制備方法

在審

• 申請號: 202110333394.2
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113044830A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 彭慶宇;陳仲;赫曉東;趙旭
• 申請（專利權）人: 深圳烯創先進材料研究院有限公司
• 主分類號: C01B32/16
• 分類號: C01B32/16;C01B32/184;C01B32/194
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 李智慧

本發明公開了一種原位生長碳納米管/石墨烯復合海綿的制備方法，所述方法包括如下步驟：步驟一、定向石墨烯海綿的制備；步驟二、負載硝酸鎳的石墨烯海綿的制備；步驟三、碳納米管/石墨烯復合海綿的制備。本發明采用化學氣相沉積法在定向的石墨烯海綿孔隙內原位生長碳納米管得到碳納米管/石墨烯復合海綿。本發明制備碳納米管/石墨烯復合海綿的方法與以往相比，化學氣相沉積法可以通過調整硝酸鎳濃度、氣相沉積時間調控碳納米管的形貌，進而調整復合海綿內部結構，滿足不同使用需求，擴展了復合海綿的應用范圍。同時原位生長的碳納米管不僅提高了復合海綿的電導率，同時提升了復合海綿的機械性能。

技術領域

本發明屬于材料科學領域，涉及一種碳納米管/石墨烯復合海綿的制備方法，具體涉及一種原位生長碳納米管/石墨烯復合海綿的制備方法。

背景技術

石墨烯具有優異的電學、光學、力學和熱學等性能，石墨烯海綿是由石墨烯片層相互搭接構筑的三維宏觀體，將石墨烯的優異性能由納米尺度帶到了宏觀尺度。三維結構石墨烯海綿具有高的比表面積、大的孔隙率和優異的力學和電學性能，在能源存儲、環境修復、復合材料、電磁屏蔽、驅動傳感等領域具有廣泛應用。碳納米管具有優異的綜合性能，如低密度、超高強度、高模量以及高導熱和導電性，碳納米管和石墨烯的協同作用可以增強復合海綿的機械和電學性能，研究人員一般采用碳納米管和石墨烯混合溶液通過冷凍干燥法制備碳納米管/石墨烯復合海綿，復合海綿骨架雖然得到增強，但海綿內部空間沒有得到利用，且碳納米管在海綿骨架內相互堆疊，無法發揮其優異彈性。因此充分利用石墨烯海綿內部空間，發揮碳納米管和石墨烯的協同增強作用，提高其力學性能，拓寬其應用范圍，滿足特殊需求對于研究復合海綿具有重要意義。

發明內容

針對現有碳納米管/石墨烯復合海綿的不足，本發明提供了一種原位生長碳納米管/石墨烯復合海綿的制備方法。該方法在定向的石墨烯孔結構內原位生長碳納米管，充分利用了石墨烯海綿內部空間，改變化學氣相沉積條件可以實現復合海綿的結構調控。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種原位生長碳納米管/石墨烯復合海綿的制備方法，包括如下步驟：

步驟一、定向石墨烯海綿的制備：

（1）將分散好的氧化石墨烯水溶液在低溫下進行定向冷凍，利用冷凍干燥法獲得定向的氧化石墨烯海綿，其中，氧化石墨烯水溶液的濃度為3~8mg/ml，定向冷凍溫度為-20℃以下，優選的，氧化石墨烯水溶液的濃度為5mg/ml；

（2）采用化學還原或熱還原的方法制備定向石墨烯海綿，其中，化學還原的方法為：采用過量的水合肼在溫度70~90℃下進行化學還原23~25h，優選的，化學還原水合肼使用溫度為90℃，使用時間為24h；熱還原的方法為：在氮氣氛圍下400~1000℃下熱還原1~2h，優選的，熱還原溫度為800~1000℃，還原時間為2h；

步驟二、負載硝酸鎳的石墨烯海綿的制備：

將定向石墨烯海綿真空浸漬在Ni(NO₃)₂乙醇溶液中，調控Ni(NO₃)₂乙醇溶液濃度、真空浸漬時間，利用烘箱干燥后得到骨架負載硝酸鎳的三維石墨烯海綿，其中，Ni(NO₃)₂乙醇溶液的濃度為10~70mg/ml，真空浸漬時間為10~30min，烘箱干燥溫度為40~80℃，烘箱干燥時間為6~12h；優選的，Ni(NO₃)₂乙醇溶液的濃度為30mg/ml，真空浸漬時間為30min，干燥溫度為60℃，干燥時間為12h；

步驟三、碳納米管/石墨烯復合海綿的制備：