本发明专利技术涉及一种石墨烯，所述石墨烯片层中掺杂有活性炭；本发明专利技术还公开了所述石墨烯的制备方法：将氧化石墨烯与活化剂、碳源物质充分混合，在保护性气氛保护下进行活化，然后降温、洗涤、干燥得到高体积比电容的石墨烯。本发明专利技术在保证石墨烯材料高比表面积和高质量比电容的同时，提高了石墨烯的体积比电容，克服了石墨烯由于体积比电容小，无法作为电极材料应用于超级电容的技术难题；本发明专利技术避免了大量使用化学试剂，降低了活化剂的使用量，设备简单、成本低，安全可靠，污染少，生产效率高，成本低，能够大规模生产，具有很强的市场竞争力和广泛的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，具体涉及一种化学掺杂法制备具有闻比表面积、闻体积比电容的石墨稀及其制备方法，属于石墨稀材料的制备及应用领域。
技术介绍
石墨烯(Graphene)是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料,是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，是只有一个碳原子厚度的二维材料，具有超大的比表面积、优异的导电和导热性能，以及良好的化学稳定性。这些良好的性质使得基于石墨烯的材料成为一种理想的储能材料，包括超级电容电极材料、锂离子电池电极材料、储氢材料、燃料电池用材料等。超级电容器是一个高效储存和传递能量的体系，它具有功率密度大、容量大、使用寿命长、经济环保等优点，广泛应用于各种能源领域。碳材料，特别是sp2杂化的碳材料，由于其特殊的层状结构、超大的比表面积而成为重要储能装置的电极材料。碳材料如无定形碳、多孔碳、石墨等已经广泛地应用于锂离子电池中。石墨稀拥有闻的比表面积和闻的电导率，使得石墨稀作为电容器材料具有其他多孔碳材料更优异的性质，使其有望成为超级电容器的理想电极材料，其性能与石墨烯的质量、层数和比表面积直接 相关。有研究表明通过肼还原氧化石墨烯得到的石墨烯在含水电解质溶液中的比电容可高达205F/g，经过1200次的试验后其比电容还仍达到原来的90%。由于纳米材料一般具有大的比表面积、小的尺寸效应，因而可以提高电容器的质量比电容比容量，但其相对的体积比电容较低，对于储能材料来说，要达到一定的存储量就需要很大的体积，限制了其发展。由此，对于闻比表面积的石墨稀，石墨稀的单位体积质量对石墨稀超级电容器的电学、化学等方面性能有着重要的影响，如何开发出一种成本较低，体积比电容高，循环性能好且适合电解质迁移的高比表面石墨烯的制备方法，是本领域的一个亟待解决的问题
技术实现思路
现有技术中，由于石墨烯自身的性质决定，无论化学氧化还原法还是CVD法，所制备的石墨烯的单位体积质量都很小，本专利技术要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种提石墨烯体积比电容的方法。针对石墨烯体积比电容小，无法应用于大容量的超级电容器等电学器件的问题，本专利技术提出一种高体积比电容的石墨烯，以期能够有效解决该问题。本专利技术的目的之一是提供一种石墨烯，所述石墨烯片层中掺杂有活性炭。本专利技术在石墨稀中惨杂活性炭，可以有效地增加石墨稀的密度，提闻石墨稀的体积比电容。本专利技术为提闻石墨稀的体积比电容提出了一种新的解决思路，为进一步提闻超级电容等电器元件的电容提供了条件。本专利技术提供的石墨烯具有比表面积大、质量比电容高，且体积比电容高的特点。优选地，所述活性炭由碳源物质活化后获得，所述碳源物质优选自淀粉、木屑、木炭、椰壳、煤炭、果壳或石油焦中的任意I种或至少2种的组合,所述组合例如淀粉/木炭的组合、椰壳/煤炭的组合、木屑/果壳/木炭的组合等，进一步优选木炭和/或石油焦，特别优选木炭。本专利技术向氧化石墨烯活化过程中，外加碳源物质，在高温下碳源物质分解并掺杂在石墨烯中，得到掺杂有活性炭的石墨烯，从而使得所制备的石墨烯材料的体积比电容量得到很大提闻，使得相关的能量密度大幅提闻。优选地，所述活化为高温活化，所述高温活化温度为500 1500°C，例如510°C、620 °C >650 °C >730 °C >790 °C >854 °C >885 °C >906 °C >948 °C >980 V、1050 °C、1100 °C、1350 V、1480 °C >1500 °C 等，优选活化时间为 0.5 5h,例如 0.6h、0.9h、l.3h、l.7h、2.5h、2.9h、3.4h、3.8h、4.5h、4.7h 等。优选地,所述石墨烯的比表面积> 1500m2/g,例如1530m2/g、1580m2/g、1600m2/g、1630m2/g、1680m2/g、1700m2/g、1900m2/g、2300m2/g、2800m2/g、2900m2/g 等，优选为 1500 3000m2/g。优选地，以IM TEABF4/PC为电解液，所述石墨烯材料的质量比电容为100 200F/g，例如 100F/g、120F/g、130F/g、150F/g、180F/g、190F/g、200F/g 等，体积比电容为 50 120F/W，例如 52F/cm3、90F/cm3、102F/cm3、107F/cm3、110F/cm3、118F/cm3 等。本专利技术所述的高体积比电容石墨烯即为体积比电容≥50F/cm3的石墨烯。本专利技术的目的之二是提供一种如目的之一所述的石墨烯的制备方法，所述方法为将氧化石墨烯与活化剂、碳源物质充分混合，在保护性气氛保护下进行高温活化，然后降温、洗涤、干燥得到高体积比电容的石墨烯。本专利技术将氧化石墨烯与活化剂、加入的碳源物质充分混合，在保护性气氛下的高温活化过程中，加入的碳源物质被分解并充分掺杂到石墨烯的片层中，达到了在石墨烯中掺杂活性炭的目的，从而在保证石墨烯高比表面积，高质量比电容的前提下，增大了石墨烯材料的体积比电容，且本专利技术提供的石墨烯的制备方法，过程简单，易于操作，环保且产量闻。优选地，所述碳源物质选自淀粉、木屑、木炭、椰壳、煤炭、果壳或石油焦中的任意I种或至少2种的组合,所述组合例如淀粉/椰壳的组合、木屑/石油焦的组合、煤炭/木炭的组合、淀粉/果壳/煤炭的组合等，优选木炭和/或石油焦，进一步优选木炭。优选地，所述碳源物质的添加量为氧化石墨烯质量的0.01 I倍，例如0.01倍、0.02 倍、0.03 倍、0.2 倍、0.5 倍、0.6 倍、0.7 倍、0.8 倍、I 倍等。本专利技术所述碳源物质的添加量过多，影响高体积比电容石墨烯的质量比电容和比表面积；而碳源物质的添加量过小，达不到理想的体积比电容。优选地，所述活化剂为氢氧化钾、氢氧化钠、磷酸、碳酸钾或氯化锌中的任意I种或至少2种的组合，所述组合例如氢氧化钾/氢氧化钠的组合、磷酸/氯化锌的组合、氢氧化钾/氯化锌的组合、氢氧化钾/氢氧化钠/氯化锌的组合等；本领域技术人员应该明了，所述组合不包括碱和酸的组合，例如不包括氢氧化钾和/或氢氧化锂与磷酸的组合。本专利技术所述的活化剂的作用是在石墨烯片层上反应得到孔，来增大石墨烯的比表面积。本领域技术人员应该明了，在所列出的活化剂中，磷酸为酸性，可以与碱性物质反应，导致其或者与其反应的物质失去活性，因此本专利技术中，磷酸不可以与氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钾等碱性物质一同使用。优选地,所述活化剂的添加质量为氧化石墨烯质量的I 15倍,例如2倍、4倍、7倍、10倍、14倍、14.6倍等，优选I 12倍，进一步优选I 6倍。所述活化剂的具体添加量本领域技术人员可以通过查阅文献进行选择，典型但非限制性的:当单独添加氢氧化剂、氢氧化钠为活化剂时，所述活化剂的添加量为氧化石墨烯质量的I 15倍；当单独添加碳酸钾为活化剂时，所述活化剂的添加量为氧化石墨烯质量的I 5倍；当单独添加磷酸或氯化锌为活化剂时，所述活化剂的添加量为氧化石墨烯质量的I 3倍。本专利技术所述活化剂的添加量过多，容易造成石墨烯的过渡腐蚀，片层损坏严重，导电性变差；添加量过少，石墨烯上孔的数目较少，影响石墨烯的比表面积。优选地，所述氧化石墨烯为本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种石墨烯，其特征在于，所述石墨烯片层中掺杂有活性炭。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李璐，
申请(专利权)人：常州第六元素材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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