[發明專利]一種石墨烯/石墨烯量子點垂直纖維及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202210216181.6
• 申請日: 2022-03-07
• 公開（公告）號: CN114411285B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 暴寧鐘;程志勝;沈碩;劉猛猛;管圖祥;吳健;沈麗明
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: D01F9/12
• 分類號: D01F9/12;D01F1/10;D01F1/09
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 徐芝強;肖明芳

本發明公開了一種石墨烯/石墨烯量子點垂直纖維及其制備方法與應用，通過Hummers法制備氧化石墨烯水溶液，將一部分氧化石墨烯水溶液濃縮后得到氧化石墨烯凝膠液；將氧化石墨烯水溶液和過氧化氫溶液混合攪拌得到混合物A；隨后將混合物A進行水熱反應，得到氧化石墨烯量子點溶液；然后將氧化石墨烯凝膠液與氧化石墨烯量子點溶液混合，得到氧化石墨烯/氧化石墨烯量子點溶液，隨后調節氧化石墨烯/氧化石墨烯量子點溶液的粘度；在室溫條件下，調節粘度后的石墨烯/氧化石墨烯量子點溶液，泵入位于凝固浴中的突擴孔道后，紡絲后即得。

技術領域

本發明屬于新材料制備領域，涉及一種石墨烯/石墨烯量子點垂直纖維及其制備方法與應用。

背景技術

近年來，隨著便攜式智能織物的快速發展，柔軟、可穿戴的電子儲能設備越來越受到人們的關注，智能織物可以集成許多不同的功能，如傳感、加熱、變色、發電、電磁屏蔽等等，在手機、手表、智能家具等諸多領域具有無限前景。柔性可穿戴設備不僅要求儲能設備具有一定的拉伸強度、彎曲性能，而且還要具有容易紡紗和編織的特點。石墨烯作為一種單原子厚度納米片狀結構，展現出優異的電學，力學，光學等性能，近些年來在各個領域引起大眾的研究熱潮。2011年，高超課題組首次制備了石墨烯纖維，開創了從一維的氧化石墨烯片到二維的石墨烯纖維的組裝先河。石墨烯纖維，作為石墨烯的宏觀一維組裝材料，是由大量的石墨烯納米片有序排列而成。石墨烯纖維繼承了石墨烯的一系列優異的性能，如較高的電導率，機械強度，彎曲性能和柔韌性等特點在許多材料中顯示出其獨特的優勢，因此，高性能柔性石墨烯纖維是一種理想的紗線型纖維超級電容器材料。如CN201911202193.8《一種纖維的制備方法》中講述通過濕法紡絲技術制備了堆疊層狀的氧化石墨烯纖維，但是石墨烯片層在組裝的過程中，由于石墨烯片層間較強的范德華力作用造成石墨烯團聚，而導致了石墨烯纖維的比表面積大幅降低，大大減少了溶劑化離子可及的比表面積，阻礙了離子傳輸和儲存，這也導致了石墨烯纖維具有較差的電化學性能。

發明內容

發明目的：本發明所要解決的技術問題是針對當前柔性電極材料比表面積小、電極材料堆積，電化學反應動力學滯后等問題，本發明提供一種制備石墨烯/石墨烯量子點垂直纖維的方法。

為了實現上述目的，本發明采取的技術方案如下：

一種石墨烯/石墨烯量子點垂直纖維的制備方法，包括如下步驟：

(1)通過Hummers法制備氧化石墨烯水溶液，將一部分氧化石墨烯水溶液濃縮后得到氧化石墨烯凝膠液；

(2)取步驟(1)得到的氧化石墨烯水溶液和過氧化氫溶液混合攪拌得到混合物A；隨后將混合物A進行水熱反應，得到氧化石墨烯量子點溶液；

(3)將步驟(1)得到的氧化石墨烯凝膠液與步驟(2)得到的氧化石墨烯量子點溶液混合，得到氧化石墨烯/氧化石墨烯量子點溶液，隨后調節氧化石墨烯/氧化石墨烯量子點溶液的粘度；

(4)在室溫條件下，將步驟(3)調節粘度后的氧化石墨烯/氧化石墨烯量子點溶液，泵入位于凝固浴中的突擴孔道，紡絲得到氧化石墨烯/氧化石墨烯量子點垂直纖維；

(5)將步驟(4)紡絲得到的氧化石墨烯/氧化石墨烯量子點垂直纖維經洗滌、干燥后，采用氫碘酸進行還原，得到石墨烯/石墨烯量子點垂直纖維。

石墨烯量子點作為量子點家族中的一員，不僅具有石墨烯優良的電學性質、低毒性、優異的機械強度等特性，同時克服了傳統量子點的電子傳輸性能較差和石墨烯零帶隙的問題，因而在電化學領域具有很好的應用前景。另外，石墨烯纖維在機械柔韌性和穩定性方面具有顯著優勢，在柔性儲能設備中具有很好的應用前景。

具體地，步驟(1)中，所述氧化石墨烯水溶液的濃度為2-5mg/ml，有利于第二步驟氧化石墨烯量子點的制備；所述氧化石墨烯凝膠液在水浴條件下通過旋轉蒸發濃縮后得到，濃度為15-20mg/ml，有利于第三步驟的攪拌混合。