一种催化合成三维石墨烯的方法技术

本发明专利技术涉及一种催化合成三维石墨烯的方法，将固体碳源、金属盐催化剂和溶剂混合后涂覆在基片表面，然后置于保护气氛中在600～1000 ℃下热处理0.1～1小时，再冷却至室温，得到三维石墨烯；所述基片为Si‑SiO2片或金属箔。本发明专利技术合成的三维石墨烯质量高，面积可控，而且可以进行杂原子掺杂。使用类CVD方法合成石墨烯，制备工艺简单，易于商业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种催化合成三维石墨烯的方法
本专利技术涉及一种双金属催化合成三维石墨烯的方法，属于石墨烯合成领域。
技术介绍
在过去的十年中，作为二维sp2杂化碳材料，石墨烯，由于其独特的电子、热、机械性能吸引了人们的广泛关注[1]。石墨烯作为继富勒烯和碳纳米管之后发现的又一种新型的碳同素异形体，具有独特的原子结构和电子结构，使得其表现出传统材料所不具有的多种非凡性能，如超大的理论比表面积、良好的导电性，导热性，优良的力学性能和光学性能等特点，其已经成为新一代超级电容器电极材料的选择[2-4]。杂原子掺杂石墨烯，尤其是氮掺杂石墨烯，可以有效地调节电子特性、表面特性和石墨烯表面化学特性，从而大大增强功能和性能[5-6]。然而，由于层间的范德华力或π-π接合，石墨烯和掺杂石墨烯的特殊性能显著受损。比如石墨烯和掺杂石墨烯作为超级电容器电极材料时，其首次库伦效率较低，充放电过程中衰减较快，而且石墨烯容易团聚堆叠，实际比表面积远低于理论比表面积，这就需要从分子尺度上对其微观结构进行有效的设计。将二维石墨烯材料转化为三维结构或者石墨烯-碳纳米管形成的三维结构被认为是防止石墨烯团聚堆叠的一种有效的方法[7-9]。而三维石墨烯保留了石墨烯优越的内在属性，具有更高的比表面积，大量的通道有利于电子和离子的快速移动。迄今为止，各种方法已经开发来合成三维石墨烯基材料，包括自组装，模板法，化学气相沉积(CVD)法。然而文献已报道的合成三维的石墨烯的方法存在的问题包括以下几个方面：(1)合成的石墨烯材料团聚严重；(2)合成的石墨烯材料价格不合理；(3)三维石墨烯的机械稳定性差，因此当三维石墨烯材料暴露于溶剂时就可能会瓦解[10-12]。参考文献:[1]LelePeng,YueZhu,DahongChen,RodneyS.Ruoff,GuihuaYu,Two-DimensionalMaterialsforBeyond-Lithium-IonBatteries,Adv.EnergyMater.,2016,6:1600025.[2]MartaSevilla,AntonioB.Fuertes,DirectSynthesisofHighlyPorousInterconnectedCarbonNanosheetsandTheirApplicationasHigh-PerformanceSupercapacitors,ACSNANO,2014,8:5069-5078.[3]AntonioB.FuertesandMartaSevilla,HierarchicalMicroporous/MesoporousCarbonNanosheetsforHigh-PerformanceSupercapacitors,ACSAppl.Mater.Interfaces,2015,7:4344-4353.[4]HuanleiWang,ZhanweiXu,AlirezaKohandehghan,ZhiLi,KaiCui,XuehaiTan,TylerJamesStephenson,CecilK.King’ondu,ChrisM.B.Holt,BrianC.Olsen,JinKwonTak,DonHarfield,AnthonyO.Anyia,andDavidMitlin,InterconnectedCarbonNanosheetsDerivedfromHempforUltrafastSupercapacitorswithHighEnergy,ACSNANO,2013,7:5131-5141.[5]YufengZhao,ShifeiHuang,MeirongXia,SarishRehman,ShichunMu,ZongkuiKou,ZhiZhang,ZhaoyangChen,FamingGao,YanglongHou,N-P-Oco-dopedhighperformance3Dgraphenepreparedthroughredphosphorous-assisted“cutting-thin”technique:Auniversalsynthesisandmultifunctionalapplications,NanoEnergy,2016,28:346-355.[6]LiangChen,XinJin,YingWen,HaichuangLan,XuebinYu,DalinSun,andTaoYi,IntrinsicallyCoupled3DnGs@CNTsFrameworksasAnodeMaterialsforLithium-IonBatteries,Chem.Mater.,2015,27:7289-7295.[7]HaoJiang,PooiSeeLeeandChunzhongLi,3Dcarbonbasednanostructuresforadvancedsupercapacitors,EnergyEnviron.Sci.,2013,6:41-53.[8]HuiBi,I-WeiChen,TianquanLin,FuqiangHuang,ANewTubularGrapheneFormofaTetrahedrallyConnectedCellularStructure,Adv.Mater.,2015,27:5943-5949.[9]JinWu,ShuanglongFeng,XingzhanWei,JunShen,WenqiangLu,HaofeiShi,KaiTao,ShirongLu,TaiSun,LeyongYu,ChunleiDu,JianminMiao,LeslieK.Norford,FacileSynthesisof3DGrapheneFlowersforUltrasensitiveandHighlyReversibleGasSensing,Adv.Funct.Mater.,2016,26:7462-7469.[10]HuiBi,TianquanLin,FengXu,YufengTang,ZhanqiangLiu,andFuqiangHuang,NewGrapheneFormofNanoporousMonolithforExcellentEnergyStorage,NanoLett.,2016,16:349-354.[11]SruthiRadhakrishnan,SoumyaVinod,SehmusOzden,PedroAlvesdaSilvaAutreto,SanjitBhowmick,SyedAsif,SenduraiAMani,DouglasS.Galvao,PulickelM.Ajayan,3DPorousGraphenebyLow-TemperaturePlasmaWeldingforBoneImplantsDibyenduChakravarty,ChandraSekharTiwary,CristanoF.Woellner,Adv.Mater.,2016,28:8959-8967.[12]YanfengDong,MingliangYu,ZhiyuWang,YangLiu,XuzhenWang,ZongbinZhao,andJieshanQiu,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种催化合成三维石墨烯的方法，其特征在于，将固体碳源、金属盐催化剂和溶剂混合后涂覆在基片表面，然后置于保护气氛中在600～1000 ℃下热处理0.1～1小时，再冷却至室温，得到三维石墨烯；所述基片为Si‑SiO2片或金属箔。

【技术特征摘要】
1.一种催化合成三维石墨烯的方法，其特征在于，将固体碳源、金属盐催化剂和溶剂混合后涂覆在基片表面，然后置于保护气氛中在600～1000℃下热处理0.1～1小时，再冷却至室温，得到三维石墨烯；所述基片为Si-SiO2片或金属箔。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固体碳源为聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚环氧乙烷PEO、聚乙烯吡咯烷酮PVP、聚乙烯醇PVA、聚乙烯醇缩丁醛PVB、聚苯乙烯PS、聚乙二醇PEG、葡萄糖、蔗糖、双氰胺、三聚氰胺、三聚硫氰酸、尿素、硫脲、柠檬酸、2-甲基咪唑、对苯二甲酸、苯酚中的至少一种。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述金属盐类催化剂为铜盐、镍盐、铁盐、钴盐、锰盐、钯盐、铂盐中的至少一种，优选为铜盐、镍盐、铁盐、钴...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭向欣，谭迎宾，贾志卿，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31