一種利用微波燃燒對石墨烯進行可控造孔的方法與流程

本發明屬于多孔石墨烯制備技術領域，更具體地，涉及一種利用微波燃燒對石墨烯進行可控造孔的方法。

背景技術：

石墨烯由于其良好的電導性導熱性、機械性能強度與柔性和多種衍生物之間的結構轉變等特點，被廣泛應用于能源轉換、光催化、環境治理和其他電子設備中。然而,石墨烯作為一種良好的導電材料或者大比表面積吸附材料應用時，更進一步的本體優化受到了更多研究者的關注，通過對表面官能化程度的改進或者剝離技術，可以直接的影響石墨烯的電導率或者比表面積進而影響其性能。

技術實現要素：

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種利用微波燃燒對石墨烯進行孔尺寸的可控造孔的方法，其目的在于快速地合成孔徑可控的多孔石墨烯。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種利用微波燃燒對石墨烯進行可控造孔的方法，包括如下步驟：

(1)將前驅體與氧化石墨烯溶液按照物質質量比1：1～50：1的比例充分混合，獲得分散液；

(2)對分散液進行5～10min的快速冷凍干燥處理，獲得第一樣品；

(3)對第一樣品進行二次冷凍干燥，獲得復合物；

(4)對上述的復合物進行微波燃燒處理，獲得第二樣品；

(5)清洗第二樣品并烘干，獲得多孔石墨烯。

優選地，上述利用微波燃燒對石墨烯進行可控造孔的方法，采用銀單質、醋酸鹽、硝酸鹽或鉬酸銨作為前驅體。

優選地，上述利用微波燃燒對石墨烯進行可控造孔的方法，其微波燃燒處理的時長為6～45s。

優選地，上述利用微波燃燒對石墨烯進行可控造孔的方法，其二次冷凍干燥的時長為6～12h。

優選地，上述利用微波燃燒對石墨烯進行可控造孔的方法，采用前驅體所對應的酸性溶液清洗第二樣品。

總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，能夠取得下列有益效果：

本發明提供的利用微波燃燒對石墨烯進行可控造孔的方法，與現有的有機物復合造孔、空氣退火造孔的方法不同，采用銀單質，醋酸鹽，硝酸鹽，鉬酸銨等化合物或者單質作為前驅體，通過對硝酸鹽、醋酸鹽或者銀單質與氧化石墨烯的復合物進行微波燃燒處理，在6～45s范圍內控制微波燃燒處理的時間，獲得多種孔徑的多孔石墨烯；通過控制微波燃燒處理時長，將主孔徑控制在5nm左右、50nm左右或200nm左右；快速簡單的實現對復合物的改性，在秒級的反應時間內既可以獲得多孔石墨烯，適于在大規模生產中應用；改性后獲得的復合材料可用于能源轉換、光催化、環境治理以及電子設備中。

附圖說明

圖1是實施例1所制備的主孔徑5nm左右的石墨烯的掃描電子顯微鏡照片示意圖；

圖2是實施例2所制備的主孔徑5nm左右的石墨烯的透射電子顯微鏡照片示意圖；

圖3是實施例7所制備的主孔徑50nm左右的石墨烯的透射電子顯微鏡照片示意圖；

圖4是實施例12所制備的主孔徑200nm左右的石墨烯的掃描電子顯微鏡照片示意圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。

本發明實施例所提供的方法，采用硝酸鹽、醋酸鹽或者銀單質和氧化石墨烯作為原料，首先將原料進行均勻包覆、冷凍、干燥處理，通過控制原料的成份、濃度和冷凍與干燥的時長，制得各種成分、各種均勻性的氧化物或單質與氧化石墨烯的復合物；通過對上述復合物進行微波處理，在6～45s內控制微波處理時長，制備得到不同孔徑的多孔石墨烯；以下結合具體實施例，具體闡述本發明所提供的利用微波燃燒對石墨烯進行可控造孔的方法。

實施例1：

(1)將0.3g醋酸銀加入到10mL 3mg/mL的氧化石墨烯溶液中，通過攪拌超聲使其充分混合并均勻分散，獲得分散液；

(2)利用液氮快速對上述分散液進行10min的冷凍干燥處理，獲得第一樣品；

(3)利用冷凍干燥機對第一樣品進行12h地冷凍干燥，獲得醋酸銀與氧化石墨烯復合物；

以下對醋酸銀與氧化石墨烯復合物進行改性：

(4)對上述的醋酸銀與氧化石墨烯復合物進行10s的微波燃燒處理；獲得第二樣品；

(5)采用硝酸溶液清洗第二樣品，并烘干20min，獲得多孔石墨烯；實施例1所制備的多孔石墨烯的主孔徑約5nm，圖1是其掃描電子顯微鏡照片示意圖，從該圖可見多孔石墨烯上的孔分布均勻，孔尺寸一致。

實施例2：

(1)將5mL 40mg/mL的單質銀顆粒溶液加入到10mL 3mg/mL的氧化石墨烯溶液中，通過攪拌超聲使其充分混合并均勻分散，獲得分散液；

(2)利用液氮快速對上述分散液進行5min的冷凍干燥處理，獲得第一樣品；

(3)利用冷凍干燥機對第一樣品進行10h地冷凍干燥，獲得銀單質與氧化石墨烯復合物；

以下對銀單質與氧化石墨烯復合物進行改性：

(4)對上述的銀單質與氧化石墨烯復合物進行15s的微波燃燒處理；獲得第二樣品；

(5)采用硝酸溶液清洗第二樣品，并烘干20min，獲得多孔石墨烯；

實施例2所制備的主孔徑5nm左右的多孔石墨烯的透射電子顯微鏡照片如圖2所示，從該圖可見石墨烯上的孔分布均勻，尺寸一致。

實施例3：

(1)將5mL 40mg/mL的單質銀顆粒溶液加入到10mL 3mg/mL的氧化石墨烯溶液中，通過攪拌超聲使其充分混合并均勻分散，獲得分散液；

(2)利用液氮快速對上述分散液進行5min的冷凍干燥處理，獲得第一樣品；

(3)利用冷凍干燥機對第一樣品進行7h地冷凍干燥，獲得銀單質與氧化石墨烯復合物；

以下對銀單質與氧化石墨烯復合物進行改性處理：

(4)對上述的銀單質與氧化石墨烯的復合物進行17s的微波燃燒處理；獲得第二樣品；

(5)采用硝酸溶液清洗第二樣品，并烘干20min，獲得多孔石墨烯。

實施例4：

(1)將5mL 40mg/mL的單質銀顆粒溶液加入到10mL 3mg/mL的氧化石墨烯溶液中，通過攪拌超聲使其充分混合并均勻分散，獲得分散液；

(2)利用液氮快速對上述分散液進行5min的冷凍干燥處理，獲得第一樣品；

(3)利用冷凍干燥機對第一樣品進行8h地冷凍干燥，獲得銀單質與氧化石墨烯復合物；

以下對銀單質與氧化石墨烯的復合物進行改性：

(4)對上述的銀單質與氧化石墨烯的復合物進行20s的微波燃燒處理；獲得第二樣品；

(5)采用硝酸溶液清洗第二樣品，并烘干20min，獲得多孔石墨烯。

實施例5：

(1)將5mL 40mg/mL的單質銀顆粒溶液加入到10mL 3mg/mL的氧化石墨烯溶液中，通過攪拌超聲使其充分混合并均勻分散，獲得分散液；

(2)利用液氮快速對上述分散液進行5min的冷凍干燥處理，獲得第一樣品；

(3)利用冷凍干燥機對第一樣品進行8.5h地冷凍干燥，獲得銀單質與氧化石墨烯復合物；

以下對銀單質與氧化石墨烯的復合物進行改性處理：

(4)對上述的銀單質與氧化石墨烯的復合物進行25s的微波燃燒處理；獲得第二樣品；

(5)采用硝酸溶液清洗第二樣品，并烘干20min，獲得多孔石墨烯。

實施例6：

(1)將5mL 40mg/mL的單質銀顆粒溶液加入到10mL 3mg/mL的氧化石墨烯溶液中，通過攪拌超聲使其充分混合并均勻分散，獲得分散液；

(2)利用液氮快速對上述分散液進行5min的冷凍干燥處理，獲得第一樣品；

(3)利用冷凍干燥機對第一樣品進行9.5h地冷凍干燥，獲得銀單質與氧化石墨烯復合物；

以下對銀單質與氧化石墨烯的復合物進行改性：

(4)對上述的銀單質與氧化石墨烯的復合物進行30s的微波燃燒處理；獲得第二樣品；

(5)采用硝酸溶液清洗第二樣品，并烘干20min，獲得多孔石墨烯。

實施例7：

(1)將0.2g硝酸鈷加入到15mL 3mg/mL的氧化石墨烯溶液中，通過攪拌超聲使其充分混合并均勻分散，獲得分散液；

(2)利用液氮快速對上述分散液進行10min的冷凍干燥處理，獲得第一樣品；

(3)利用冷凍干燥機對第一樣品進行6h地冷凍干燥，獲得硝酸鈷與氧化石墨烯復合物；

以下對硝酸鈷與氧化石墨烯復合物進行改性：

(4)對上述的硝酸鈷與氧化石墨烯復合物進行31s的微波燃燒處理；獲得第二樣品；

(5)采用鹽酸溶液清洗第二樣品，并烘干20min，獲得多孔石墨烯；

實施例7所制備的多孔石墨烯的主孔徑約50nm，該多孔石墨烯的透射電子顯微鏡照片如圖3所示，從該圖可見孔尺寸一致，且分布均勻。

實施例8：

(1)將0.2g硝酸鈷加入到15mL 3mg/mL的氧化石墨烯溶液中，通過攪拌超聲使其充分混合并均勻分散，獲得分散液；

(2)利用液氮快速對上述分散液進行10min的冷凍干燥處理，獲得第一樣品；

(3)利用冷凍干燥機對第一樣品進行6h地冷凍干燥，獲得硝酸鈷與氧化石墨烯復合物；

以下對硝酸鈷與氧化石墨烯復合物進行改性：

(4)對上述的硝酸鈷與氧化石墨烯復合物進行35s的微波燃燒處理；獲得第二樣品；

(5)采用鹽酸溶液清洗第二樣品，并烘干20min，獲得多孔石墨烯。

實施例9：

(1)將0.2g硝酸鈷加入到15mL 3mg/mL的氧化石墨烯溶液中，通過攪拌超聲使其充分混合并均勻分散，獲得分散液；

(2)利用液氮快速對上述分散液進行10min的冷凍干燥處理，獲得第一樣品；

(3)利用冷凍干燥機對第一樣品進行7h地冷凍干燥，獲得硝酸鈷與氧化石墨烯復合物；

以下對硝酸鈷與氧化石墨烯復合物進行改性：

(4)對上述的硝酸鈷與氧化石墨烯復合物進行37s的微波燃燒處理；獲得第二樣品；

(5)采用鹽酸溶液清洗第二樣品，并烘干20min，獲得多孔石墨烯。

實施例10：

(1)將0.2g硝酸鈷加入到15mL 3mg/mL的氧化石墨烯溶液中，通過攪拌超聲使其充分混合并均勻分散，獲得分散液；

(2)利用液氮快速對上述分散液進行10min的冷凍干燥處理，獲得第一樣品；

(3)利用冷凍干燥機對第一樣品進行7.5h地冷凍干燥，獲得硝酸鈷與氧化石墨烯復合物；

以下對硝酸鈷與氧化石墨烯復合物進行改性：

(4)對上述的硝酸鈷與氧化石墨烯復合物進行39s的微波燃燒處理；獲得第二樣品；

(5)采用鹽酸溶液清洗第二樣品，并烘干20min，獲得多孔石墨烯。

實施例11：

(1)將0.2g硝酸鈷加入到15mL 3mg/mL的氧化石墨烯溶液中，通過攪拌超聲使其充分混合并均勻分散，獲得分散液；

(2)采用液氮快速對上述分散液進行10min的冷凍干燥處理，獲得第一樣品；

(3)利用冷凍干燥機對第一樣品進行8h地冷凍干燥，獲得硝酸鈷與氧化石墨烯復合物；

以下對硝酸鈷與氧化石墨烯復合物進行改性：

(4)對上述的硝酸鈷與氧化石墨烯復合物進行45s的微波燃燒處理；獲得第二樣品；

(5)采用鹽酸溶液清洗第二樣品，并烘干20min，獲得多孔石墨烯。

實施例12：

(1)將0.2g鉬酸銨加入到10mL 3mg/mL的氧化石墨烯溶液中，通過攪拌超聲使其充分混合并均勻分散，獲得分散液；

(2)利用液氮快速對上述分散液進行5min的冷凍干燥處理，獲得第一樣品；

(3)利用冷凍干燥機對第一樣品進行6h地冷凍干燥，獲得鉬酸銨與氧化石墨烯復合物；

以下對鉬酸銨與氧化石墨烯復合物進行改性：

(4)對上述的鉬酸銨與氧化石墨烯復合物進行10～30s的微波燃燒處理；獲得第二樣品；

(5)采用鹽酸溶液與硝酸溶液的混合液清洗第二樣品，并烘干20min，獲得多孔石墨烯。

實施例12所制備的多孔石墨烯上孔分布均勻，孔的尺寸一致，主孔徑約200nm，其掃描電子顯微鏡照片如圖4所示。

實施例13：

(1)將0.2g鉬酸銨加入到10mL 3mg/mL的氧化石墨烯溶液中，通過攪拌超聲使其充分混合并均勻分散，獲得分散液；

(2)利用液氮快速對上述分散液進行5min的冷凍干燥處理，獲得第一樣品；

(3)利用冷凍干燥機對第一樣品進行6.5h地冷凍干燥，獲得鉬酸銨與氧化石墨烯復合物；

以下對鉬酸銨與氧化石墨烯復合物進行改性：

(4)對上述的鉬酸銨與氧化石墨烯復合物進行10s的微波燃燒處理；獲得第二樣品；

(5)采用鹽酸溶液與硝酸溶液的混合液清洗第二樣品，并烘干20min，獲得多孔石墨烯。

實施例14：

(1)將0.2g鉬酸銨加入到10mL 3mg/mL的氧化石墨烯溶液中，通過攪拌超聲使其充分混合并均勻分散，獲得分散液；

(2)利用液氮快速對上述分散液進行5min的冷凍干燥處理，獲得第一樣品；

(3)利用冷凍干燥機對第一樣品進行7h地冷凍干燥，獲得鉬酸銨與氧化石墨烯復合物；

以下對鉬酸銨與氧化石墨烯復合物進行改性：

(4)對上述的鉬酸銨與氧化石墨烯復合物進行15s的微波燃燒處理；獲得第二樣品；

(5)采用鹽酸溶液與硝酸溶液的混合液清洗第二樣品，并烘干20min，獲得多孔石墨烯。

實施例15：

(1)將0.2g鉬酸銨加入到10mL 3mg/mL的氧化石墨烯溶液中，通過攪拌超聲使其充分混合并均勻分散，獲得分散液；

(2)利用液氮快速對上述分散液進行5min的冷凍干燥處理，獲得第一樣品；

(3)利用冷凍干燥機對第一樣品進行8h地冷凍干燥，獲得鉬酸銨與氧化石墨烯復合物；

以下對鉬酸銨與氧化石墨烯復合物進行改性：

(4)對上述的鉬酸銨與氧化石墨烯復合物進行20s的微波燃燒處理；獲得第二樣品；

(5)采用鹽酸溶液與硝酸溶液的混合液清洗第二樣品，并烘干20min，獲得多孔石墨烯。

實施例16：

(1)將0.2g鉬酸銨加入到10mL 3mg/mL的氧化石墨烯溶液中，通過攪拌超聲使其充分混合并均勻分散，獲得分散液；

(2)利用液氮快速對上述分散液進行5min的冷凍干燥處理，獲得第一樣品；

(3)利用冷凍干燥機對第一樣品進行12h地冷凍干燥，獲得鉬酸銨與氧化石墨烯復合物；

以下對鉬酸銨與氧化石墨烯復合物進行改性：

(4)對上述的鉬酸銨與氧化石墨烯復合物進行30s的微波燃燒處理；獲得第二樣品；

(5)采用鹽酸溶液與硝酸溶液的混合液清洗第二樣品，并烘干20min，獲得多孔石墨烯。

本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。