一种高比表面积的三维氧化石墨烯气凝胶制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高比表面积的三维氧化石墨烯气凝胶制备方法，首先将氧化石墨烯粉末与去离子水溶液混合，超声分散得到分散性良好的，稳定的氧化石墨烯水溶液，再将配置好的氧化石墨烯水溶液经过恒温水热法制备出三维自组装石墨烯柱状材料，将制备好的三维自组装石墨烯柱状材料放入醇溶液中，再冷冻干燥，得到高比表面积的三维氧化石墨烯气凝胶。该制备方法简单，可操作性强，能耗低无污染，材料比表面积高，可作为电极材料应用于燃料电池，锂离子电池和超级电容器中，可作为填充材料用于复合材料，在能源存储和催化方面也具有较大的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于气凝胶
，设及一种高比表面积的=维氧化石墨締气凝胶制备 方法。
技术介绍
气凝胶（Aerogel)于1931年被Kistler首次提出，它是一种超低密度大孔体积高 比表面积的纳米多孔固态材料。由于其特殊的多孔结构，气凝胶被广泛的应用于催化剂及 其载体、吸附材料W及能源存储材料等。一般来说，气凝胶的制备常由溶胶凝胶过程和干燥 处理过程构成。气凝胶首先通过溶胶凝胶过程制得水凝胶，然后经溶剂置换过程，除去=维 网络结构中表面张力较大的溶剂，最后利用超临界C〇2干燥或者冷冻干燥来制得气凝胶。 =维石墨締是由高分散的石墨締堆搁成的=维结构，也是石墨締材料由二维结构 向=维宏观结构转变的一个重大突破。=维石墨締不仅部分保留了石墨締优异的力学、热 学及电学性能，还具有=维多孔结构，该特性使石墨締的研究视点由微观纳米材料转向宏 观块体材料。 自主装技术是超分子化学的一个重要分支，是近代化学发展的一个更高层次，是 公认的可W将材料从纳米尺度整合到宏观层面的重要技术，迄今为止，人们在将石墨締由 二维纳米材料尺度组装到=维宏观结构的方面取得了长足进步，分别包括L-B组装、原位 组装、和水热法等。在众多石墨締=维组装方法中，水热法简单有效。该方法利用氧化石墨 締为原料，水热条件下，氧化石墨締发生部分还原，并通过范德华力、n-JT推叠W及大量的 氨键作用进行自组装。但是传统的水热法其冷冻干燥过程中，水是唯一的溶剂，水的结晶容 易造成表面张力效应，会对石墨締水凝胶的孔结构产生一定的破坏，进而影响制得的=维 氧化石墨締气凝胶比表面积，导致其不能满足某些领域对于高比表面积要求的应用，比如 微生物燃料电池、超级电容器和馬储存等能源方面。所W，对于如何提高=维石墨締宏观 体比表面积已成为目前备受瞩目的国际研究前沿。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种高比表面积的=维氧化石墨締气凝胶的制 备方法。 为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种高比表面积的=维氧化石墨締气凝胶制备方法，其步骤如下：[000引 （1)将氧化石墨締粉末与去离子水溶液混合，超声分散，得氧化石墨締水溶液； (2)将步骤（1)得到的氧化石墨締水溶液在50-250°C条件下进行恒温水热反应 1-48小时，得到=维自组装氧化石墨締柱状材料； 做将步骤似得到材料置于醇溶液中进行置换反应，再进行冷冻干燥， 在-70°c~-50°c条件下冷冻干燥12-27小时，得高比表面积的=维氧化石墨締气凝胶，所 述醇溶液为叔了醇、己二醇、丙二醇或了二醇溶液的一种或几种。 进一步，步骤（1)中所述氧化石墨締粉末氧含量大于25%。 进一步，步骤（1)中将所述氧化石墨締粉末与去离子水溶液混合后超声分散 0. 5-5小时，[001引得0. 1-lOmg/ml氧化石墨締水溶液。 进一步，步骤（3)中所述置换反应温度为0-150°C，反应时间1-168小时。 更进一步，步骤（3)中所述置换反应温度为70°C，反应时间8小时。 进一步，步骤（3)中所述醇溶液为叔了醇。 进一步，步骤（3)中所述冷冻干燥在-60°C条件下冷冻干燥16小时。 本专利技术的有益效果在于：根据本制备方法得到的=维氧化石墨締气凝胶具有微观 多孔结构，密度为10-200mg/cm3,孔尺寸在0. 5-50nm，比表面积在500-900mVg，本专利技术制 备的=维氧化石墨締气凝胶比传统技术路线制备的材料比表面积均显著增大，孔径分布更 加均匀，孔体积也明显增加。并且该制备方法能耗低无污染，且操作简单，可操作性强。本 专利技术所制备的=维氧化石墨締气凝胶，可作为电极材料应用于燃料电池，裡离子电池和超 级电容器中，也可作为填充材料用于合成复合材料，并且其在能源存储和催化方面也具有 较大的应用前景。【附图说明】 为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行 说明：图1为改进的技术路线和传统路线制备的材料的扫描电子显微镜（SEM)图，A为 传统工艺，B为改良工艺；图2为为改进的技术路线和传统路线制备的材料的热重分析（TGA)图。【具体实施方式】 下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。 实施例1 将氧化石墨締粉末与去离子水溶液配制成浓度为2mg/ml的水溶液，超声分散1个 小时后，得到分散性良好的，稳定的氧化石墨締水溶液。将配置好的30mL氧化石墨締水溶 液放入水热反应蓋中，90°C恒温处理5小时，制备出=维自组装氧化石墨締柱状材料。将制 备好的=维自组装氧化石墨締柱状材料放入叔了醇溶液中置换，30°C，置换45小时，之后 在零下50°C条件下冷冻干燥12h，得到高比表面积的=维氧化石墨締气凝胶。 实施例2 将氧化石墨締粉末与去离子水溶液配制成浓度为2mg/ml的水溶液，超声分散1个 小时后，得到分散性良好的，稳定的氧化石墨締水溶液。将配置好的30mL氧化石墨締水溶 液放入水热反应蓋中，90°C恒温处理5小时，制备出=维自组装氧化石墨締柱状材料。将制 备好的=维自组装氧化石墨締柱状材料放入叔了醇溶液溶液中置换，70°C，置换8小时，之 后零下50°C条件下冷冻干燥15h，得到高比表面积的=维氧化石墨締气凝胶。 实施例3[002引将氧化石墨締粉末与去离子水溶液配制成浓度为4mg/ml的水溶液，超声分散4个 小时后，得到分散性良好的，稳定的氧化石墨締水溶液。将配置好的20mL氧化石墨締水溶 液放入水热反应蓋中，250°C恒温处理30小时，制备出=维自组装氧化石墨締柱状材料。将 制备好的=维自组装氧化石墨締柱状材料放入己二醇溶液中置换，l0°C，置换144小时，之 后零下70°C条件下冷冻干燥1她，得到高比表面积的=维氧化石墨締气凝胶。 实施例4 将氧化石墨締粉末与去离子水溶液配制成浓度为4mg/ml的水溶液，超声分散4个 小时后，得到分散性良好的，稳定的氧化石墨締水溶液。将配置好的20mL氧化石墨締水溶 液放入水热反应蓋中，240°C恒温处理30小时，制备出=维自组装氧化石墨締柱状材料。将 制备好的=维自组装氧化石墨締柱状材料放入己二醇溶液中置换，80°C，置换5当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高比表面积的三维氧化石墨烯气凝胶制备方法，其特征在于：(1)将氧化石墨烯粉末与去离子水溶液混合，超声分散，得氧化石墨烯水溶液；(2)将步骤(1)得到的氧化石墨烯水溶液在50‑250℃条件下进行恒温水热反应1‑48小时，得到三维自组装氧化石墨烯柱状材料；(3)将步骤(2)得到材料置于醇溶液中进行置换反应，再进行冷冻干燥，在‑70℃～‑50℃条件下冷冻干燥12‑27小时，得高比表面积的三维氧化石墨烯气凝胶，所述醇溶液为叔丁醇、乙二醇、丙二醇或丁二醇溶液的一种或几种。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：魏东山，周丽娜，孙泰，赵晗，黎静，武永刚，魏大鹏，史浩飞，
申请(专利权)人：中国科学院重庆绿色智能技术研究院，
类型：发明
国别省市：重庆;85