【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于石墨烯制备，具体涉及一种孔结构可调控的多孔石墨烯及其制备方法与应用。
技术介绍
1、石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，具有独特的二维结构、高比表面积、卓越的热稳定性和结构稳定性、优异的导电性、出色的机械性能、以及可以通过改性以引入各种化学官能团的能力，其应用领域包括电子、生物医学、传感器、储能等多个领域。在电子领域，石墨烯可以用来制造高频电子器件、导电墨水、柔性电子元件等。在生物医学领域，石墨烯可以用来制造生物传感器、药物传递系统等。在传感器领域，石墨烯可以用来制造气体传感器、压力传感器等。在储能领域，石墨烯可以用来制造锂离子电池、超级电容器等。
2、但由于较强的范德华吸引力，石墨烯容易聚集而重新堆叠在一起，使得结构崩塌，比表面积严重降低。针对该问题，在石墨烯纳米片层上引入多孔结构，可以有效防止石墨烯重新堆叠，避免了团聚造成的不利影响，因此，在储能、催化、吸附等领域应用广泛。
3、多孔石墨烯(pg)的制备方法包括电子束辐照、纳米光刻和模板生长等方法，这些方法可制备具有精确孔洞位置或孔洞分布的pg，然而存在着成本高、步骤繁琐、产量低、污染严重的问题。相比之下，采用刻蚀方法可以解决上述问题，但是孔结构、孔密度以及孔分布很难控制。所以，在刻蚀的基础上若能提出一种使得孔结构分布均匀的技术具有重要意义。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足和缺点，本专利技术的首要目的在于提供一种孔结构可调控的多孔石墨烯的制备方
2、本专利技术的另一目的在于提供上述制备方法制备得到的孔结构可调控的多孔石墨烯。
3、本专利技术的再一目的在于提供上述孔结构可调控的多孔石墨烯的应用。
4、本专利技术的目的通过下述技术方案实现：
5、一种孔结构可调控的多孔石墨烯的制备方法，包含如下步骤：
6、(1)采用阳离子型表面活性剂溶液对氧化锌(zno)进行表面官能团化处理，得到表面官能团化氧化锌分散液；
7、(2)将氧化石墨烯(go)分散液和步骤(1)制得的表面官能团化氧化锌分散液混合，搅拌处理；然后固液分离、洗涤和干燥，得到负载表面官能团化氧化锌的氧化石墨烯(zno/go)复合物；
8、(3)在氩氢混合气气氛下，将步骤(2)制得的负载表面官能团化氧化锌的氧化石墨烯复合物进行碳热还原反应，得到锌/还原氧化石墨烯(zn/rgo)复合物；
9、(4)采用酸对步骤(3)制得的锌/还原氧化石墨烯复合物进行刻蚀；然后固液分离、洗涤至中性、干燥，得到孔结构可调控的多孔石墨烯(pg)；
10、步骤(1)中所述的阳离子型表面活性剂为十二烷基二甲基苄基氯化铵、十八烷基阳离子烷基咪唑啉、十六烷基三甲基氯化铵和十六烷基三甲基溴化铵中的至少一种；
11、步骤(1)中所述的氧化锌的粒径为20-50nm；
12、步骤(1)中所述的氧化锌的粒径优选为30nm和50nm中的至少一种；
13、步骤(1)中所述的表面官能团化处理的具体操作优选为：
14、向水中加入阳离子型表面活性剂，得到质量分数为0.1-1％的阳离子型表面活性剂溶液；然后加入氧化锌，得到氧化锌分散液；将氧化锌分散液搅拌处理以表面官能团化氧化锌，纯化，得到表面官能团化氧化锌分散液；
15、所述的氧化锌分散液中氧化锌的浓度为1-4mg/ml；
16、所述的氧化锌分散液中氧化锌的浓度优选为1.356mg/ml；
17、所述的搅拌处理的条件优选为500-1000r/min搅拌处理5-10h；
18、所述的纯化的具体操作优选为：搅拌处理后，离心取下层固相、洗涤、加水再分散；
19、步骤(2)中所述的氧化石墨烯分散液的质量浓度优选为1-3mg/ml；
20、步骤(2)中所述的氧化石墨烯分散液的制备方法为：
21、水和氧化石墨烯混合后超声0.5-3h以分散均匀，得到氧化石墨烯分散液；
22、步骤(2)中所述的氧化石墨烯分散液中氧化石墨烯和表面官能团化氧化锌分散液中氧化锌的质量为100：(50-300)；
23、步骤(2)中所述的搅拌处理的条件优选为500-1000r/min搅拌处理4-12h；
24、步骤(2)中所述的固液分离的方式优选为抽滤或过滤中的至少一种；
25、步骤(2)中的干燥优选为冷冻干燥；
26、步骤(3)中所述的氩氢混合气中氢气的体积分数为10％；
27、步骤(3)中所述的碳热还原反应的条件优选为600-800℃下煅烧1-4h；
28、步骤(4)中所述的酸优选为盐酸、硫酸、硝酸和草酸中的至少一种；
29、步骤(4)中所述的刻蚀采用的酸溶液中，水和酸的质量比为100：(5-20)；
30、步骤(4)中所述的刻蚀的时间优选为45-90min；
31、步骤(4)中所述的洗涤优选洗涤至中性；
32、步骤(4)中所述的干燥为冷冻干燥；
33、一种孔结构可调控的多孔石墨烯，通过上述制备方法制备得到；
34、所述的孔结构可调控的多孔石墨烯在分离、催化和储能等
中的应用；
35、本专利技术的原理：
36、(1)本专利技术通过阳离子型表面活性剂表面官能团化使得zno颗粒带正电；
37、(2)本专利技术将带负电的go分散液和表面官能团化后带正电的zno分散液混合搅拌，利用静电吸附作用使得zno颗粒吸附于go表面，同时避免zno颗粒的团聚，即采用静电自组装技术将具有特定粒径的zno颗粒均匀负载于go纳米片层(氧化锌是负载于石墨烯的层与层之间，而不是简单负载在上面)上，得到zno/go复合物；
38、(3)再将zno/go复合物在氩氢混合气气氛下高温热解以及碳热还原反应，其中，zno被石墨烯上的碳还原成zn金属颗粒，go表面由于高温而发生碳热还原反应，于go表面产生孔洞结构，并且孔洞结构内存在有zn金属颗粒。同时，go也在此过程中被还原成还原氧化石墨烯(rgo)，在该制备途径中所有的副产物(co、co2)将以气体形式从最终产物中分离出来。
39、(4)最后，采用酸侵蚀zn/rgo，得到具有特定孔结构的pg。
40、在本专利技术中，pg的孔结构、孔密度以及孔分布将通过改变zno颗粒的粒径以及go与zno的质量比来精确调节。同时选用不同粒径的zno颗粒可获得微孔、介孔与大孔有机组合的多级孔结构。
41、本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：
42、(1)本专利技术采用静电自组装技术，通过表面官能团化使zno颗粒带正电，进而可以与带负电的go通过温和搅拌使带相反电荷的zno颗粒与go因为静电相互吸引，从而zno颗粒以单一分散的状态均匀负载在go纳米片层上，有效防止金属氧化物团聚，有利于孔形貌以及孔结构的调控。同时本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种孔结构可调控的多孔石墨烯的制备方法，其特征在于包含如下步骤：
2.根据权利要求1所述的孔结构可调控的多孔石墨烯的制备方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的孔结构可调控的多孔石墨烯的制备方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的孔结构可调控的多孔石墨烯的制备方法，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的孔结构可调控的多孔石墨烯的制备方法，其特征在于：
6.根据权利要求1所述的孔结构可调控的多孔石墨烯的制备方法，其特征在于：
7.根据权利要求1所述的孔结构可调控的多孔石墨烯的制备方法，其特征在于：
8.根据权利要求1所述的孔结构可调控的多孔石墨烯的制备方法，其特征在于：
9.一种孔结构可调控的多孔石墨烯，其特征在于通过权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到。
10.权利要求9所述的孔结构可调控的多孔石墨烯在分离、催化或储能技术领域中的应用。
【技术特征摘要】
1.一种孔结构可调控的多孔石墨烯的制备方法，其特征在于包含如下步骤：
2.根据权利要求1所述的孔结构可调控的多孔石墨烯的制备方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的孔结构可调控的多孔石墨烯的制备方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的孔结构可调控的多孔石墨烯的制备方法，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的孔结构可调控的多孔石墨烯的制备方法，其特征在于：
6.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：周文伯，吴曙星，黄楚雄，林展，沈文斌，张卓文，胡翠翠，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：
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