[發明專利]一種高比表面積的石墨烯泡沫支架

有效

• 申請號: 202210735354.5
• 申請日: 2022-06-27
• 公開（公告）號: CN114933300B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 蔡金明;陳其贊;郝振亮
• 申請（專利權）人: 廣東墨睿科技有限公司
• 主分類號: C01B32/194
• 分類號: C01B32/194
• 代理公司: 東莞科強知識產權代理事務所(普通合伙) 44450
• 代理人: 李林學

本發明屬于石墨烯材料技術領域，提供一種石墨烯泡沫支架的制備方法，以碳酸鈉或碳酸氫鈉作為填充材料，將所述填充材料與粘結劑分散液混合后加入還原氧化石墨烯攪拌分散均勻后涂布成膜并烘干后，浸泡至酸液中除去所述填充材料，獲得石墨烯泡沫支架。本發明提供的制備方法，通過使用碳酸鹽、碳酸氫鈉鹽作為填充主材，方便酸溶液清洗獲得高孔隙率，相對3D石墨烯膜具有更大的比表面積，暴露出更多的可負載位點；對比于傳統的石墨烯氣凝膠的制備方式，具有制備工藝簡單、適合大規模工業量產且制造成本低等眾多優點。

技術領域

本發明涉及石墨烯材料領域，特別是涉及一種高比表面積的石墨烯泡沫支架。

背景技術

石墨烯是一種優異光學、熱學、電學、力學等性能的新型材料，受到科學工作者的廣泛關注。目前在熱管理領域已經開始商業化應用，如華為、小米、蘋果等知名品牌的電子產品上的石墨烯導熱膜、石墨烯均溫板等，在電學領域如高性能的石墨烯導電劑、石墨烯超級電容的研發也取得了喜人的成果。許多應用領域的研究中不僅看中了石墨烯的電學、熱學等性能，石墨烯的高比表面積也是一個備受關注的因素。石墨烯具有超高的比表面積，高比表面積可提高大量的負載位點，在高負載應用材料領域，如光電催化、超級電容器、材料改性等領域具有巨大的運用潛力。然而，在許多時候石墨烯的高比表面積很難被充分使用，這主要歸因于石墨烯的層層堆疊，自聚包覆等導致暴露的可負載位點減少，如氧化石墨烯的自聚成膜，極大的減少了石墨烯可暴露負載的面積，且石墨烯SP²雜化的六元環結構，其有效孔隙都無法讓最小離子半徑的Li⁺通過，更別說小分子材料。

在許多運用中，需要反應物質輸運到石墨烯表面的活性位點處進行反應。而通常小分子或離子在層層堆疊的石墨烯中輸運穿梭時，只能沿著石墨烯的層間間隙和局部孔洞進行，這極大的增加鋰小分子或離子的輸運路程，表現出極大的空間位阻現象，如石墨烯導電劑在鋰離子電池電極中的應用，石墨烯導電漿料添加比例、制程工藝出現誤差時，很容易造成石墨烯在極片表面膜狀沉積，極大的阻礙了鋰離子的輸運，表現出大的空間位阻效應。石墨烯也可通過一定手段獲得高比表面積和少空間位阻的3D石墨烯，如石墨烯氣凝膠。但石墨烯氣凝膠制備工藝負載、時長非常長，且無法制備大面積，效率低下，成本高昂，且氣凝膠導電性較差，不能充分的發揮石墨烯的電學性能。本發明提供一種可大面積制備的高比表面積的石墨烯泡沫支架，其目的在于解決膜狀石墨烯的空間位阻，使其在工作時構建物質輸運的快速通道，充分釋放石墨烯的可負載位點，推進石墨烯在負載應用材料領域，如光、電催化領域的運用，為催化等功能材料提供一種高比表面積、高負載效果的導電支架。

發明內容

為解決上述現有技術中存在的不足，本發明首要目的在于提供一種高比表面積的石墨烯泡沫支架的制備方法，主要包括以下步驟：

以碳酸鈉或碳酸氫鈉作為填充材料，將所述填充材料與粘結劑分散液混合后加入還原氧化石墨烯攪拌分散均勻后涂布成膜并烘干后，浸泡至酸液中除去所述填充材料，獲得石墨烯泡沫支架。

所述制備方法的具備步驟包括：

步驟1：選用經過干燥除水處理的碳酸鈉或碳酸氫鈉作為填充材料；選用如碳酸鈉、碳酸氫鈉等溶液與酸液反應去除的碳酸鹽作為高表面積石墨烯泡沫支架的填充主材，可根據石墨烯泡沫支架的設計孔隙挑選填充主材的粒徑大小。

步驟2：配置粘結劑分散液，將粘結劑與溶劑混合并攪拌分散，攪拌轉速設置為600-2000r/min，配制獲得質量分數為0.1%~3%的粘結劑分散液。根據石墨烯泡沫支架柔韌性設計要求，挑選粘結劑，如剛性石墨烯泡沫支架挑選硬固性PVDF、CMC等粘結劑，柔性、彈性石墨烯泡沫支架挑選柔性PMMA、環氧樹脂等粘結劑，也可復合使用。根據填充主材和粘結劑性質挑選油系輔助溶劑，如NMP、DMF、二甲苯等輔助溶劑；利用油性粘結劑在水中不溶的特性，選擇性的去除膜材中的填充碳酸鹽。