一种多孔石墨烯材料及其简易制备方法技术

本发明专利技术公开一种多孔石墨烯材料及其简易制备方法，该方法包括有以下步骤：（1）原始溶胶制备：将石墨烯基组分与辅助组分混合形成的混合物或者石墨烯基组分加入到溶剂中分散得到制备多孔石墨烯材料的原始溶胶；（2）石墨烯基凝胶制备：将步骤（1）制备的原始溶胶置于反应容器升温至50～180℃，反应3～24 h，制备得到多孔石墨烯凝胶；（3）干燥处理：倒掉溶剂，将多孔石墨烯置于冷冻干燥器中干燥。通过采用本发明专利技术方法制得多孔石墨烯材料，其石墨烯片层相互搭接，自组装成型，无需额外添加粘结剂即可成型，能够得到结构均一、导电性好、比表面积大、孔隙丰富的多孔石墨烯材料，满足使用的需要。

Porous graphene material and its simple preparation method

The invention discloses a porous graphene material and a simple preparation method thereof, which comprises the following steps: (1) preparation of a primitive sol: adding a mixture of a graphene-based component and an auxiliary component or a graphene-based component into a solvent to disperse the primitive sol for preparing a porous graphene material; (2) preparation of a stone; Preparation of graphene based gel: the original sol prepared by step (1) is heated in the reaction vessel to 50~180 degree C, and the reaction is 3~24 H. Porous graphene gel is prepared. (3) drying treatment: the solvent is removed, and the porous graphene is dried in the freeze dryer. Porous graphene material is prepared by adopting the method of the invention. The graphene lamellae of the porous graphene material are overlapped with each other, self-assembled and formed without additional binder. The porous graphene material with uniform structure, good conductivity, large specific surface area and rich porosity can be obtained to meet the needs of use.

【技术实现步骤摘要】
一种多孔石墨烯材料及其简易制备方法
本专利技术涉及石墨烯材料领域技术，尤其是指一种多孔石墨烯材料及其简易制备方法。
技术介绍
石墨烯是具有理想二维平面结构的单原子层石墨晶体薄膜，是构成零维的富勒烯、一维的碳纳米管和三维的石墨的基本单元。自2004年Geim等人首次发现石墨烯以来，富有优异的力学、热学、电学、光学等特性而受到了全世界研究人员的广泛关注，成为一种“明星材料”。石墨烯具有超大的理论比表面积（2630m2g-1），导电性能和金属铜相当。近几年来，有很多关于石墨烯在超级电容器上应用研究的报道。粉体石墨烯会因为片层之间较强的范德华力而发生不可逆的堆叠或团聚，导致有效比表面积远远低于理论值。常规条件下制备的粉末状石墨烯填充密度极小，杂乱堆积，实际上很多场合下直接利用石墨烯比较困难，为了满足这些场合对石墨烯的要求，需要构筑具有一定结构的石墨烯基材料。目前研究的主要工作很多集中在以氧化石墨烯为前驱体自组装成三维网络结构的石墨烯基材料，在保证石墨烯二维本征结构的同时延续了其大比表面积和优良导电性的独特特性。活性炭作为典型的碳基多孔材料，虽然具有比较大的比表面积，但由于活化过程中引入很多缺陷，其基本结构单元石墨微晶片层较小，导致其导电性较差，在一定程度上阻碍了其在储能方面的应用，并且其自主成型也比较困难。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种多孔石墨烯材料及其简易制备方法，其制备简易，孔径发达，比表面积较高，导电性较高。为实现上述目的，本专利技术采用如下之技术方案：一种多孔石墨烯材料的简易制备方法，包括有以下步骤：（1）原始溶胶制备：将石墨烯基组分与辅助组分混合形成的混合物或者石墨烯基组分加入到溶剂中分散得到制备多孔石墨烯材料的原始溶胶；（2）石墨烯基凝胶制备：将步骤（1）制备的原始溶胶置于反应容器升温至50～180℃，反应3～24h，制备得到多孔石墨烯凝胶；（3）干燥处理：倒掉溶剂，将多孔石墨烯置于冷冻干燥器中干燥。作为一种优选方案，所述步骤（1）中石墨烯基组分为石墨、氧化石墨、氧化石墨烯、石墨烯中的至少一种。作为一种优选方案，所述步骤（1）中辅助组分为碳纳米管、炭黑、石墨或聚乙烯醇、蔗糖、葡萄糖中的至少一种，其添加含量低于98%，优选添加含量低于30%。作为一种优选方案，所述步骤（1）中的溶剂为水、乙醇、盐酸、氨水中的至少一种。作为一种优选方案，所述步骤（1）中分散方法为机械搅拌、磁力搅拌、超声分散、球磨分散、高能处理法分散中的至少一种。作为一种优选方案，所述步骤（2）中将所述步骤（1）制备的原始溶胶的pH值调节至8以下。作为一种优选方案，所述步骤（2）中升温加热的方式为电加热、微波加热、红外加热、电磁加热中的至少一种。作为一种优选方案，所述步骤（2）中加热温度为60～200℃，反应时间为3～24h。作为一种优选方案，所述步骤（3）所述干燥处理的温度为-70℃以下，气压为1Pa以下，处理时间在24h以上。一种多孔石墨烯材料，采用前述一种多孔石墨烯材料的简易制备方法制得，其具有由石墨烯片层搭接形成的网络结构，所述多孔石墨烯材料的比表面积为300～900m2g-1，孔容为0.1～2.0cm3g-1，孔壁厚度为0.335～3350nm。本专利技术与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知：通过采用本专利技术方法制得多孔石墨烯材料，其石墨烯片层相互搭接，自组装成型，无需额外添加粘结剂即可成型，能够得到结构均一、导电性好、比表面积大、孔隙丰富的多孔石墨烯材料，满足使用的需要。附图说明图1是本专利技术制备的多孔石墨烯材料的扫描电子显微镜图片；图2是本专利技术制备的多孔石墨烯材料的另一扫描电子显微镜图片；图3是本专利技术实施例1制备的高密度高硬度多孔石墨烯材料的氮气吸脱附曲线。具体实施方式本专利技术揭示了一种多孔石墨烯材料的简易制备方法，包括有以下步骤：（1）原始溶胶制备：将石墨烯基组分与辅助组分混合形成的混合物或者石墨烯基组分加入到溶剂中分散得到制备多孔石墨烯材料的原始溶胶。石墨烯基组分为石墨、氧化石墨、氧化石墨烯、石墨烯中的至少一种。辅助组分为碳纳米管、炭黑、石墨或聚乙烯醇、蔗糖、葡萄糖中的至少一种，其添加含量低于98%，优选添加含量低于30%；添加辅助组分碳纳米管、炭黑、石墨中的至少一种后制备出的多孔石墨烯材料的导电网络更加完整，具有更优异的导电、导热性能；添加辅助组分聚乙烯醇、蔗糖、葡萄糖中的至少一种后，可以加强石墨烯基组分之间的桥联作用，制备出的多孔石墨烯材料的密度和硬度得到大幅提高，并且因为碳源的不同，所制备的多孔炭兼具软炭和硬炭的特征，为其在储能领域的应用提供了极大的方便。而由于辅助组分和石墨烯基组分在密度和体积上的悬殊以及在溶剂热反应过程中失重情况及形态的不同，即便在辅助组分添加量为98%时也会获得以石墨烯为基本结构单元构建而成的一次成型的高密度高硬度多孔材料，但从辅助组分的分散性考虑，优选添加含量低于30%。溶剂为水、乙醇、盐酸、氨水中的至少一种；分散方法为机械搅拌、磁力搅拌、超声分散、球磨分散、高能处理法分散中的至少一种。（2）石墨烯基凝胶制备：将步骤（1）制备的原始溶胶置于反应容器升温至50～180℃，反应3～24h，制备得到多孔石墨烯凝胶；在升温前，先将制备的原始溶胶的pH值调节至8以下，从而优化了制备条件，在使临界反应温度和反应时间减少，大大降低了制备过程的能耗，减少了大规模生产中的安全隐患的同时制备出兼具高密度和大表面积的多孔石墨烯材料；升温加热的方式为电加热、微波加热、红外加热、电磁加热中的至少一种。（3）干燥处理：倒掉溶剂，将多孔石墨烯置于冷冻干燥器中干燥。所述干燥处理的温度为-70℃以下，气压为1Pa以下，处理时间在24h以上。本专利技术还公开一种多孔石墨烯材料，采用上述一种多孔石墨烯材料的简易制备方法制得，如图1所示，从扫描电子显微镜上可以看到，该多孔石墨烯材料具有由石墨烯片层搭接形成的网络结构，所述多孔石墨烯材料的比表面积为300～900m2g-1，孔容为0.1～2.0cm3g-1，孔壁厚度为0.335～3350nm。下面以多个实施例对本专利技术作进一步详细说明：实施例1：称取170mg经Hummer法制备的氧化石墨粉体材料，加入85mL去离子水，在200W的功率下超声分散2h，得到氧化石墨烯水溶胶；调节上述氧化石墨烯水溶胶pH为3，将上述均一分散的氧化石墨烯水溶胶置于100mL的水热反应釜中，将水热反应釜放入温度150℃的马弗炉中恒温6h；待水热反应釜冷却后打开内胆，倒出水相，得到光滑圆柱体材料，即多孔石墨烯凝胶，冷冻干燥得到的多孔石墨烯材料，其比表面积为750m2g-1。将本实施例获得的多孔石墨烯材料作为超级电容器电极材料使用，具体方式为：把该材料充分研磨成粉末后，将活性物质和PTFE（60wt%）按照质量比为90：10在乙醇中混合搅拌，超声分散30min。将浆料用滴涂方式涂覆在1cm×1cm大小的泡沫镍上，在70℃烘箱中过夜烘干后，将其在碱性电解液当中浸泡12h。采用三电极体系对其进行电化学性能测试，结果表明其比容量为130mAhg-1。实施例2：称取170mg经Hummer法制备的氧化石墨粉体材料和17mg碳纳米管，加入85mL二甲基甲酰本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多孔石墨烯材料的简易制备方法，其特征在于：包括有以下步骤：（1）原始溶胶制备：将石墨烯基组分与辅助组分混合形成的混合物或者石墨烯基组分加入到溶剂中分散得到制备多孔石墨烯材料的原始溶胶；（2）石墨烯基凝胶制备：将步骤（1）制备的原始溶胶置于反应容器升温至50～180℃，反应3～24 h，制备得到多孔石墨烯凝胶；（3）干燥处理：倒掉溶剂，将多孔石墨烯置于冷冻干燥器中干燥。

【技术特征摘要】
1.一种多孔石墨烯材料的简易制备方法，其特征在于：包括有以下步骤：（1）原始溶胶制备：将石墨烯基组分与辅助组分混合形成的混合物或者石墨烯基组分加入到溶剂中分散得到制备多孔石墨烯材料的原始溶胶；（2）石墨烯基凝胶制备：将步骤（1）制备的原始溶胶置于反应容器升温至50～180℃，反应3～24h，制备得到多孔石墨烯凝胶；（3）干燥处理：倒掉溶剂，将多孔石墨烯置于冷冻干燥器中干燥。2.根据权利要求1所述的一种多孔石墨烯材料的简易制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中石墨烯基组分为石墨、氧化石墨、氧化石墨烯、石墨烯中的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种多孔石墨烯材料的简易制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中辅助组分为碳纳米管、炭黑、石墨或聚乙烯醇、蔗糖、葡萄糖中的至少一种，其添加含量低于98%，优选添加含量低于30%。4.根据权利要求1所述的一种多孔石墨烯材料的简易制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中的溶剂为水、乙醇、盐酸、氨水中的至少一种。5.根据权利要求1所述的一种多孔石墨烯材料的简易制备方法，其特征在于：所述步骤（1...

【专利技术属性】
技术研发人员：白宇，赵东辉，周鹏伟，
申请(专利权)人：福建翔丰华新能源材料有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35