[發(fā)明專利]一種石墨烯復合碳氈的高溫制備方法

有效

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• 申請日: 2021-04-16
• 公開（公告）號: CN113047035B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發(fā)明（設計）人: 黃世耀;羅理;石雷
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶信合啟越科技有限公司
• 主分類號: D06M11/74
• 分類號: D06M11/74;B01J35/00;B01J21/18;D06M101/40
• 代理公司: 重慶樂泰知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 50221
• 代理人: 何君蘋

本發(fā)明公開了一種石墨烯復合碳氈的制備方法，該方法包括將碳氈、糖類、氧化石墨烯、去離子水為原料，采用真空加熱的方法，在高溫下糖類焦化過程中，使還原了的石墨烯與碳氈產(chǎn)生間接連接而成，該方法制得的復合碳氈具有石墨烯層片與碳氈復合牢靠緊密具有親水性好，電導率高，穩(wěn)定性好，電化學催化活性高等優(yōu)點。本發(fā)明的方法通過高溫爐管在短時間內(nèi)制備大量石墨烯復合碳氈，且原料易得、無毒性、成本優(yōu)異、操作簡單，適合大規(guī)模生產(chǎn)。

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于電化學領域，涉及一種復合石墨烯碳氈的制備技術(shù)方法，具體涉及一種適用于電化學催化技術(shù)的石墨烯復合碳氈的制備方法。

技術(shù)背景

碳氈是一種用碳纖維制成的氈。具有吸附廣譜性，而且容量大，對汽油、醛類、酚類、醇類、烯烴等有機蒸汽吸附量比活性炭(GAC)大幾倍到幾十倍，對無機氣體有很好的吸附性(如No，N，HF，HCl等)。并且在眾多電極材料中，碳氈因具有低廉的價格、合適的孔結(jié)構(gòu)、較高的導電性和化學穩(wěn)定性而廣泛應用于燃料電池儲能系統(tǒng)、凈水處理系統(tǒng)等。

目前石墨烯復合碳氈的制備方法，采用粘結(jié)劑在有機溶劑中將石墨烯與碳氈連接起來，但使用的有機粘結(jié)劑與有機溶劑存在價格高，且具有一定的生態(tài)毒性，不適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。另外，由于該類混合有機溶液無法使用高溫的方式進行燒結(jié)，只有采用低溫干燥。但低溫烘干會造成石墨烯與碳氈復合強度較弱，導致電導率提升一般，使用壽命較差等問題。

目前公開的石墨烯復合碳氈的制備方法，主要解決改進石墨烯復合碳氈制備性能與效率的方法。該方法使用的粘結(jié)劑大都選擇如隔膜Nafion隔膜、N-甲基吡咯烷酮NMP隔膜、聚乙烯PE隔膜、聚四氟乙烯PTFE顆粒或聚偏氟氯乙烯PVDF粉末和N,N-二甲基甲酰胺有機溶劑形成的混合液。但這些粘結(jié)劑不適合使用高溫的方式燒結(jié)，通常只能采用較低溫烘干制備，低溫烘干中石墨烯與碳氈之間的連接主要依靠分子間的范德華力和氫鍵，石墨烯與碳氈復合性在經(jīng)過電化學催化后通入的電流會造成該作用力受到破壞，復合強度大幅下降，石墨烯層片容易脫落，導致電導率下降，使用壽命較差，并且這類混合溶液配方復雜，一直存在配置成本較高，生態(tài)毒性較強，難以實現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)生產(chǎn)的問題。因此，需要研發(fā)一種適合高溫燒結(jié)的石墨烯復合碳氈的制備工藝，來解決上述存的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種石墨烯復合碳氈的制備方法，該方法采用糖作為粘結(jié)劑，并高溫燒結(jié)工藝。該方法解決了制備石墨烯復合碳氈的現(xiàn)有技術(shù)中使用的有機粘結(jié)劑與有機溶劑存在價格高，且具生態(tài)毒性，不適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)問題。而本發(fā)明的方法以商業(yè)碳氈、糖類、氧化石墨烯、去離子水為原料，采用真空加熱的方法，在高溫下糖類焦化過程中，使還原了的石墨烯與碳氈產(chǎn)生間接，從而制備出石墨烯復合碳氈，這種間接區(qū)別于低溫烘干所產(chǎn)生的分子間的作用力，而是石墨烯與碳氈原子之間高溫下所產(chǎn)生的共價鍵所形成的。形成的該復合碳氈中石墨烯層片與碳氈復合更加牢靠緊密，親水性好，電導率高，在用于電化學催化后，間接能不受電子流動的影響，穩(wěn)定性好。本發(fā)明的制備方法能夠通過高溫爐管在短時間內(nèi)制備大量石墨烯復合碳氈，且原料易得、無毒性、成本優(yōu)異、操作簡單，適合大規(guī)模發(fā)展。同時克服了現(xiàn)有技術(shù)采用有機粘合劑和有機溶液的混合液無法使用高溫的方式進行燒結(jié)，而低溫烘干以會造成石墨烯與碳氈復合強度較弱，導致電導率提升一般，使用壽命較差等問題。

為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，提供了如下實施方案。

在一實施方案中，本發(fā)明的一種石墨烯復合碳氈的高溫制備方法，包括以下步驟：

(1)將碳氈放入在酸溶液中浸泡，然后震蕩；

(2)將浸泡后的碳氈，用去離子水反復清洗，再干燥；

(3)將糖溶于去離子水中，配制成質(zhì)量分數(shù)為2％-8％的溶液，優(yōu)選為5％；

(4)將氧化石墨烯加入步驟(3)所得的溶液中；

(5)將步驟(2)干燥后的碳氈浸泡在步驟(4)的溶液中，然后震蕩；