一种三维石墨烯的制备方法技术

本发明专利技术属于纳米材料的制备技术领域，具体涉及一种多孔三维石墨烯的制备方法。该发明专利技术的技术方案是：以氧化石墨烯为原料，利用中和反应将碳酸盐引入到氧化石墨烯中，形成氧化石墨烯-碳酸盐沉淀复合物，将其置入反应釜内进行水热反应得到氧化石墨烯-碳酸盐凝胶物，之后通过酸去除凝胶物中的碳酸盐，形成多孔结构的氧化石墨烯，最后还原得到多孔结构的三维石墨烯，即以碳酸盐为模板制备多孔三维石墨烯。本发明专利技术方法操作简单、成本低廉，制备的多孔三维石墨烯具有导电率高、比表面积大、亲疏水等优点，可广泛应用于导热复合材料、储能材料、吸附材料等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米材料的制备
，具体涉及。
技术介绍
石墨烯是一个新兴的材料，其理论比表面积可以达到2620m2/g，具有潜在的应用性能，但是由于石墨烯的片层结构容易团聚的特点，很容易形成孔隙率较低的二维结构材料，无法获得有较高孔隙率的多孔结构三维石墨烯，继而使其性能和应用范围受到很大局限。目前，合成三维石墨烯的方法通常采用化学气相沉积法(CVD)和水热法，但是采用CVD方法生长条件苛刻，难以实现三维石墨烯的大批量生产；水热法制备三维石墨烯虽然具有较多的孔结构，但是孔结构的连通性较差，为填充材料提供可复合填充的空间较少，这就限制了三维石墨烯的应用领域。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术的不足和缺点，提供一种以碳酸盐为模板制备三维石墨烯的方法，具体的技术方案包括以下步骤: (O以氧化石墨为原料，将氯盐加入氧化石墨烯溶液中，超声3-240 min均匀分散形成氧化石墨烯-氯盐混合液； 其中，氯盐为氯化钙、氯化钡、氯化镁、氯化锌、氯化钴、氯化铁、氯化镍中的任意一种，氯盐与氧化石墨烯的质量比为1:100-50:1，优先1:10-20:1。(2)向步骤(1)混合液中加入碳酸盐溶液，发生中和反应形成碳酸盐沉淀，得到氧化石墨烯-碳酸盐沉淀复合物； 其中，碳酸盐为碳酸钠、碳酸钾、碳酸铵、碳酸锂、磷酸中的任意一种，碳酸盐与氯盐的摩尔比为1:2-5:1，可溶性碳酸盐或碳酸氢盐与氯盐发生水合反应形成碳酸盐沉淀，该沉淀复合在氧化石墨烯片层上，形成复合物。(3)将氧化石墨烯-碳酸盐沉淀复合物放置入反应釜中，进行水热反应，形成氧化石墨烯-碳酸盐凝胶物，冷冻干燥得到氧化石墨烯-碳酸盐固体； 其中，水热反应温度为80-400°C，反应时间为3-50 h，水热反应便于将碳酸盐沉淀与氧化石墨烯更好的融为一体，复合成凝胶物；冷冻干燥的温度为-80-0°C，时间为1-60 h。(4)向石墨烯-碳酸盐固体加入酸溶液，与其碳酸盐反应，得到多孔结构的氧化石墨烯； 其中，酸溶液为盐酸、醋酸、硝酸、磷酸中的一种或多种的混合物，酸与碳酸盐的摩尔比为1:1-6:1 ;酸溶液与氧化石墨烯-碳酸盐凝胶物固体反应，将使碳酸盐反应释放CO2气体，形成孔隙，同时可以使孔与孔贯通，得到多孔结构的氧化石墨烯。(5)向多孔结构的氧化石墨烯加入还原剂，进行还原反应，之后洗涤冷冻干燥得到多孔的三维石墨烯。其中，还原剂为水合肼、氢碘酸、硼氢化钠中的任意一种，还原剂与氧化石墨烯的质量比为1:50-60:1,优先1:4-15:1,优先选择水合肼蒸汽还原剂,通过水合肼蒸汽进入氧化石墨烯的孔隙内，更彻底的还原氧化石墨烯，得到多孔的三维石墨烯；所述的还原温度30-300°C，反应时间为4-72 h。其中，洗涤溶液为乙醇或去离子水；冷冻干燥的温度为-80_0°C，时间为1-50 h。本专利技术方法操作简单、成本低廉，制备的多孔三维石墨烯具有导电率高、比表面积大、亲疏水等优点，可广泛应用于导热复合材料、储能材料、吸附材料等领域。【附图说明】图1为实施例1中以碳酸钙为模板制备三维石墨烯的流程图。图2为实施例1中所制得的三维石墨烯实物外观图。图3为实施例1中所制得的三维石墨烯在放大1500倍数下的扫描电镜图。图4为实施例1中所制得的三维石墨烯在放大15000倍数下的扫描电镜图。【具体实施方式】下面结合附图和具体实施例对本专利技术的技术方案进行详细的说明，但是所述实施例的说明，仅仅是本专利技术的一部分实施例，其中大部分并不仅限于此。实施例1 1.以碳酸钙为模板制备三维石墨烯 以碳酸钙作为模版制备三维石墨烯工艺流程图如图1所示，具体步骤为: (1)取IOmL浓度为8mg/mL的氧化石墨烯溶液,加入80mg氯化|丐，搅拌超声30min分散形成CaCl2-氧化石墨烯混合液； (2)向将步骤(DCaCl2-氧化石墨烯混合液中，加入IlOmg的NaCO3,并超声搅拌0.5h，发生中和反应，形成CaCO3沉淀，得到氧化石墨烯-CaCO3沉淀复合物； (3)将氧化石墨烯-碳酸钙沉淀复合物置入反应釜内，在温度为180°C下，反应12小时，得到氧化石墨烯-CaCO3凝胶物，将凝胶物置于-30°C条件下冷冻干燥24h，得到氧化石墨烯-CaCO3固体； (4)向步骤(3)的氧化石墨烯-CaCO3固体中加入50mL浓度为lmol/L的盐酸，使氧化石墨烯-CaCO3中的CaCO3反应释放出CO2气体，形成孔结构，得到多孔状的氧化石墨烯； (5)利用30mL水合肼蒸汽对步骤(4)多孔状的氧化石墨烯在温度为60°C时还原反应24h，之后用去离子水对三维石墨烯进行洗涤3次，在-20°C条件下冷冻干燥12h，得到多孔状的三维石墨烯。所制备的三维石墨烯的实物图如图2所示，并对制备的三维石墨烯在不同的放大倍数下进行扫描电子显微镜分析，如图3和图4所示，由图可知，制备的三维石墨烯为多孔网络结构，孔的大小在Iym左右。实施例2 2.以碳酸镁为模板制备三维石墨烯 以碳酸镁作为模版制备三维石墨烯的具体步骤与实施例1 一样，只是将氯化钙替换为氯化镁，碳酸钠溶液替换为碳酸铵溶液。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维石墨烯的制备方法，包括以下步骤:（1）以氧化石墨烯为原料，将氯盐加入氧化石墨烯溶液中，超声分散均匀形成氧化石墨烯‑氯盐混合液；（2）向步骤（1）混合液中加入碳酸盐液，发生中和反应形成碳酸盐沉淀，得到氧化石墨烯‑碳酸盐沉淀复合物；（3）将氧化石墨烯‑碳酸盐沉淀复合物放置入反应釜中，进行水热反应，形成氧化石墨烯‑碳酸盐凝胶物，冷冻干燥得到氧化石墨烯‑碳酸盐固体；（4）向石墨烯‑碳酸盐固体加入酸溶液，与其碳酸盐反应，得到多孔结构的氧化石墨烯；（5）向多孔结构的氧化石墨烯加入还原剂，进行还原反应，之后洗涤冷冻干燥得到多孔的三维石墨烯。

【技术特征摘要】
1.一种三维石墨烯的制备方法，包括以下步骤: (1)以氧化石墨烯为原料，将氯盐加入氧化石墨烯溶液中，超声分散均匀形成氧化石墨烯-氯盐混合液； (2)向步骤(1)混合液中加入碳酸盐液，发生中和反应形成碳酸盐沉淀，得到氧化石墨烯-碳酸盐沉淀复合物； (3 )将氧化石墨烯-碳酸盐沉淀复合物放置入反应釜中，进行水热反应，形成氧化石墨烯-碳酸盐凝胶物，冷冻干燥得到氧化石墨烯-碳酸盐固体； (4)向石墨烯-碳酸盐固体加入酸溶液，与其碳酸盐反应，得到多孔结构的氧化石墨烯； (5)向多孔结构的氧化石墨烯加入还原剂，进行还原反应，之后洗涤冷冻干燥得到多孔的三维石墨烯。2.根据权利要求1中所述的一种制备三维石墨烯的方法，其特征在于:步骤(1)所述的氯盐为氯化钙、氯化钡、氯化镁、氯化锌、氯化钴、氯化铁、氯化镍中的任意一种，氯盐与氧化石墨烯的质量比为1:100-50:1，优先1:10-20:1。3.根据权利要求1中所述的一种制备三维石墨烯的方法，其特征在于:步骤(1)所述的超声时间为3-240 min。4.根据权利要求1中所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：闵永刚，唐伟，刘屹东，宋建军，杨文斌，
申请(专利权)人：南京新月材料科技有限公司，盐城增材科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32