一种制备不同微观尺寸石墨烯气凝胶的方法技术

本发明专利技术提供了一种制备不同微观尺寸石墨烯气凝胶的方法，用去离子水或者有机溶剂稀释氧化石墨烯溶液，使得氧化石墨烯溶液的浓度为0.01mg/ml‑20mg/ml；通过离心和超声相结合的方法进行调控，从而得到不同尺寸的氧化石墨烯，接着加入还原剂，通过水浴加热的方法制备石墨烯气凝胶。所得石墨烯气凝胶微观尺寸可控，制备方法简单易行，反应条件温和，产物无毒且环境友好，易实现批量生产，有望用于环境治理、传感器等领域。

A method for preparing graphene aerogels with different microscopes

The present invention provides a method for preparing graphene aerogels with different micro sizes, diluting the solution of graphene oxide with deionized water or organic solvent, making the concentration of the graphite oxide solution 0.01mg/ml 20mg/ml, and regulating by the combination of centrifugation and ultrasonic, thus obtaining different sizes of graphene oxide. Then, the graphene aerogel was prepared by adding a reducing agent and heating by water bath. The microscopic size of the obtained graphene aerogels is controllable, the preparation method is simple, the reaction conditions are mild, the product is nontoxic and environment friendly, and it is easy to realize mass production. It is expected to be used in the fields of environmental treatment and sensor.

【技术实现步骤摘要】
一种制备不同微观尺寸石墨烯气凝胶的方法
本专利技术属于材料学领域，涉及一种石墨烯，具体来说是一种制备不同微观尺寸石墨烯气凝胶的方法。
技术介绍
石墨烯是单层碳原子以SP2杂化形式存在的二维六边形结构的纳米材料，是最薄、强度最大的二维材料。石墨烯具有优良的热传导率、较高的载流子迁移率、较大的比表面积和优异的机械性能，在能量存储、环保、传感器和催化等领域具有广阔的应用前景。石墨烯气凝胶是由二维石墨烯构建形成的三维组装体经过超临界或冷冻干燥技术制得的具有空间网络结构的轻质多孔材料。石墨烯气凝胶与普通石墨烯相比，具有较高的孔隙率和较大的比表面积，同时兼具石墨烯优异的物理化学性质和气凝胶结构的特点，成为目前石墨烯基材料研究的热点之一。石墨烯的尺寸与其性能密切相关，尺寸不同的氧化石墨烯和石墨烯在机械强度、表面活性和光热等方面有不同的性质，且微观尺寸不同的石墨烯气凝胶其孔隙率和比表面积也不同，因而对氧化石墨烯和石墨烯进行可控的尺寸分级是有重要意义的。常见的氧化石墨烯尺寸分级法，如引入外源试剂分级法，存在杂质难以去除、环境污染大、成本高、难以大批量生产等问题；单纯的物理离心分级法，存在尺寸不均的问题。制备石墨烯气凝胶的方法主要有化学气相法、水热法和化学还原法等；其中化学还原法反应装置简单、反应条件温和，更易实现大规模生产，所以我们采用离心和超声相结合的方法对其尺寸进行调控和分级，再结合化学还原法制备出微观尺寸不同的石墨烯气凝胶。
技术实现思路
针对现有技术中的上述技术问题，本专利技术提供了一种制备不同微观尺寸石墨烯气凝胶的方法，所述的这种制备不同微观尺寸石墨烯气凝胶的方法要解决现有技术中制备的石墨烯气凝胶杂质难以去除、环境污染大、成本高、难以大批量生产的技术问题。本专利技术提供了一种制备不同微观尺寸石墨烯气凝胶的方法，其特征在于包括以下步骤：1)用溶剂稀释氧化石墨烯溶液，使得氧化石墨烯溶液的浓度为0.01mg/ml-20mg/ml；2)将氧化石墨分散液于1000~5000rpm转速室温条件下离心10~600min，所得沉积部分收集起来即得大尺寸氧化石墨烯；3)将步骤2）的上层液体于5000~8000rpm转速室温条件下离心10~600min，所得沉积部分收集起来即为中尺寸氧化石墨烯；4)将步骤3）的上层液体于8000~15000rpm转速室温条件下离心10~600min，将沉积部分收集起来即为较小尺寸氧化石墨烯；上层液体即为小尺寸的氧化石墨烯；5)对步骤4）的小尺寸的氧化石墨烯通过超声处理，超声功率为10W~10000W，超声时间为10~600min，获得比步骤4）更小尺寸且更为均匀的氧化石墨烯；6)向步骤2）、3）、4)、5）得到的不同尺寸的氧化石墨烯溶液中加入抗坏血酸，按照氧化石墨烯与抗坏血酸的质量比1:1~1:1000添加，然后搅拌1~360min或者超声1~360min至混合物均匀混合；7)将步骤6）所得的混合液定量加入模具中，然后将模具放入水浴锅中升温至60~100℃，并保温1~24h,获得石墨烯水凝胶；8)将步骤7）所得石墨烯水凝胶通过冷冻干燥的方法去除所含水分，获得多孔石墨烯气凝胶。进一步的，所述的溶剂为水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、丙酮、四氢呋喃、异丙醇、N，N-二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮中任一种。进一步的，制得的不同尺寸氧化石墨烯的尺寸范围为0.01μm2至990μm2。本专利技术用去离子水或者有机溶剂稀释得到氧化石墨烯分散液，通过离心和超声相结合的方法进行调控，从而得到不同尺寸的氧化石墨烯，接着加入还原剂，在水浴条件下通过自组装还原法制备石墨烯气凝胶。本专利技术和已有技术相比，其技术进步是显著的。本专利技术所得石墨烯气凝胶微观尺寸可控，制备方法简单易行，反应条件温和，产物无毒且环境友好，易实现批量生产，有望用于环境治理、传感器等领域。附图说明图1为大尺寸氧化石墨烯片层的扫描电镜图片。图2为小尺寸氧化石墨烯片层的扫描电镜图片。图3为超声60min的更小尺寸氧化石墨烯片层的扫描电镜图片。图4为不同尺寸氧化石墨烯制备的石墨烯气凝胶图片，1为大尺寸石墨烯气凝胶，2为小尺寸石墨烯气凝胶，3为更小尺寸石墨烯气凝胶。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术的方法进行说明，但不能理解为对本专利技术保护范围的限制，凡在本专利技术的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。下面的实例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可通过商业途径获得。实施例1制备微观尺寸不同的石墨烯气凝胶：氧化石墨烯的制备：称取石墨粉5.0g、硝酸钠2.5g，冰水浴条件下加入115ml浓H2SO4搅拌25min。随后在小于10℃的条件下缓慢加入15g高锰酸钾，搅拌25min。然后升温至35℃，搅拌45min。接着缓慢加入230ml去离子水，然后加热至98℃搅拌45min，使棕褐色液体变为浅亮黄色。将混合液体用去离子水稀释到750ml，加入30mlH2O2(质量分数为30%)终止反应；加入盐酸50ml（盐酸：水=1:9）。所得固体在空气中干燥后稀释，在去离子水中透析直至pH为7，得到氧化石墨烯溶液。氧化石墨烯的尺寸分级：1）用去离子水稀释所制备的氧化石墨烯溶液，其中氧化石墨烯分散液浓度为6mg/ml。2）氧化石墨分散液于4000rpm转速室温条件下离心30min，沉积部分收集起来即得大尺寸氧化石墨烯，上层液体于7000rpm转速室温条件下离心30min，沉积部分收集起来即为中尺寸氧化石墨烯，上层液体于10000rpm转速室温条件下离心30min，沉积部分收集起来极为较小尺寸氧化石墨烯，上层液体即为小尺寸的氧化石墨烯。3）对小尺寸的氧化石墨烯通过超声法制备尺寸更小且更为均匀的氧化石墨烯，超声功率为325W超声时间为180min。4）向所得的不同尺寸的氧化石墨烯溶液中加入抗坏血酸，按照氧化石墨烯比抗坏血酸1:4的质量比加入；磁力搅拌30min得到均匀混合液，用移液枪分别取2ml混合液加入相同尺寸的聚四氟乙烯模具中，将模具置于水浴锅中于95℃条件下保温3h，将所得石墨烯气凝胶冷冻干燥1天得到石墨烯气凝胶。实施例2制备微观尺寸不同的石墨烯气凝胶：氧化石墨烯的制备：制备方法同上。氧化石墨烯的尺寸分级：1）用去离子水稀释氧化石墨烯溶液，其中氧化石墨烯分散液浓度为6mg/ml。2）氧化石墨分散液于5000rpm转速室温条件下离心30min，所得沉积部分收集起来即得大尺寸氧化石墨烯，上层液体于8000rpm转速室温条件下离心30min，所得沉积部分收集起来即为中尺寸氧化石墨烯，上层液体于11000rpm转速室温条件下离心30min，将沉积部分收集起来即为较小尺寸氧化石墨烯，上层液体即为小尺寸的氧化石墨烯。3）对小尺寸的氧化石墨烯通过超声法制备尺寸更小且更为均匀的氧化石墨烯，超声功率为1000W超声时间为60min。4）向所得的不同尺寸的氧化石墨烯溶液中加入抗坏血酸，按照氧化石墨烯比抗坏血酸1:6的质量比加入；磁力搅拌30min得到均匀混合液，用液枪分别取2ml混合液加入相同尺寸的聚四氟乙烯模具中，将模具置于水浴锅中于80℃条件下保温2h，将所得石墨烯气凝胶冷冻干燥2天得到石墨烯气凝胶。实施例3制备微观尺寸不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备不同微观尺寸石墨烯气凝胶的方法，其特征在于包括以下步骤：1）用溶剂稀释氧化石墨烯溶液，使得氧化石墨烯溶液的浓度为0.01mg/ml‑20mg/ml；2）将氧化石墨分散液于1000~5000rpm转速室温条件下离心10~600min，所得沉积部分收集起来即得大尺寸氧化石墨烯；3）将步骤2）的上层液体于5000~8000rpm转速室温条件下离心10~600min，所得沉积部分收集起来即为中尺寸氧化石墨烯；4）将步骤3）的上层液体于8000~15000rpm转速室温条件下离心10~600min，将沉积部分收集起来即为较小尺寸氧化石墨烯；上层液体即为小尺寸的氧化石墨烯；5）对步骤4）的小尺寸的氧化石墨烯通过超声处理，超声功率为10W~10000W，超声时间为10~600min，获得比步骤4）更小尺寸且更为均匀的氧化石墨烯；6）向步骤2）、3）、4)、5）得到的不同尺寸的氧化石墨烯溶液中加入抗坏血酸，按照氧化石墨烯与抗坏血酸的质量比1:1~1:1000添加，然后搅拌1~360min或者超声1~360min至混合物均匀混合；7）将步骤6）所得的混合液定量加入模具中，然后将模具放入水浴锅中升温至60~100℃，并保温1~24h,获得石墨烯水凝胶；8）将步骤7）所得石墨烯水凝胶通过冷冻干燥的方法去除所含水分，获得多孔石墨烯气凝胶。...

【技术特征摘要】
1.一种制备不同微观尺寸石墨烯气凝胶的方法，其特征在于包括以下步骤：1）用溶剂稀释氧化石墨烯溶液，使得氧化石墨烯溶液的浓度为0.01mg/ml-20mg/ml；2）将氧化石墨分散液于1000~5000rpm转速室温条件下离心10~600min，所得沉积部分收集起来即得大尺寸氧化石墨烯；3）将步骤2）的上层液体于5000~8000rpm转速室温条件下离心10~600min，所得沉积部分收集起来即为中尺寸氧化石墨烯；4）将步骤3）的上层液体于8000~15000rpm转速室温条件下离心10~600min，将沉积部分收集起来即为较小尺寸氧化石墨烯；上层液体即为小尺寸的氧化石墨烯；5）对步骤4）的小尺寸的氧化石墨烯通过超声处理，超声功率为10W~10000W，超声时...

【专利技术属性】
技术研发人员：何星，周子燕，周闯，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31