活性多孔石墨烯的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種石墨烯的制備方法，尤其涉及一種活性多孔石墨烯的制備方法。
【背景技術】
[0002]石墨烯是一種由碳原子構成的單層片狀結構的材料。石墨烯幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；導熱系數高達5300W/m.K，高于碳納米管和金剛石；石墨烯常溫下的電子迀移率超過15000cm2/V.s，超過納米碳管或娃晶體；石墨稀的電阻率只有10_8Ω.m，比銅或銀更低，為世上電阻率最小的材料。由于石墨烯具有透明性好，電阻率小，電子迀移速度快等優點，可用來制造透明觸控屏幕、光板、以及太陽能電池。
[0003]石墨烯具有巨大的理論比表面積，物理化學性質穩定，可在高工作電壓和大電流快速充放電下保持很好的結構穩定性，同時，石墨烯還具有優異的導電性，可以降低內阻，提高超級電容器的循環穩定性，因此制備具有適當孔徑分布的石墨烯材料有望成為新一代超級電容器電極材料。
[0004]目前，制備高比表面積多孔石墨烯的方法通常采用KO小時、NaO小時等強堿對氧化石墨烯進行刻蝕從而產生豐富的孔結構。如申請號為200810113596.0的中國專利公開了一種化學氣相沉積法制備石墨烯的方法提供的這種石墨烯的制備方法操作方便、簡便易行，可用于大規模生產；而且這種方法制備得到的石墨烯質量較好。但是，該技術制備的石墨烯導電性能較差，且活性較低，從而限制了其在儲能領域的商業化應用。
【發明內容】
[0005]本發明的目的就是為了解決現有技術中存在的上述問題，提供一種活性多孔石墨烯的制備方法。
[0006]本發明的目的通過以下技術方案來實現:
活性多孔石墨烯的制備方法，其中:首先，制備氧化石墨烯與化學發泡劑的固體混合物；之后，制備膨化石墨烯；接著，制備石墨烯與強堿的活化產物；隨后，制備活性微孔石墨烯；最后，第二次造孔獲得成品。
[0007]上述的活性多孔石墨烯的制備方法，其中:所述的制備氧化石墨烯與化學發泡劑的固體混合物過程為，
步驟①，將氧化石墨加入到pH=9至10的水與乙醇混合溶液中；
步驟②，攪拌I至10小時，再超聲分散0.5至2小時，形成氧化石墨烯膠體分散液； 步驟③，然后加入化學發泡劑，攪拌2至12小時；
步驟④，過濾除去多余的化學發泡劑，干燥后得到氧化石墨烯與化學發泡劑的固體混合物。
[0008]進一步地，上述的活性多孔石墨烯的制備方法，其中:所述的水與乙醇混合溶液的體積比為2:1，所述的攪拌方式為磁力攪拌，所述的化學發泡劑為碳酸氫銨。
[0009]更進一步地，上述的活性多孔石墨稀的制備方法，其中:所述的制備膨化石墨稀過程為，
步驟①，將先前獲取的氧化石墨烯與化學發泡劑的固體混合物在還原氣氛進行膨化還原；
步驟②，從室溫逐漸升至500°C，且控制升溫速率為2至10°C /分鐘，并分別在200°C時保溫15至30分鐘，在500°C時保溫I至2小時，得到膨化石墨烯。
[0010]更進一步地，上述的活性多孔石墨烯的制備方法，其中:所述的膨化還原為，將固體混合物置于管式爐中，在氮氣的還原氣氛中進行。
[0011]更進一步地，上述的活性多孔石墨烯的制備方法，其中:所述的制備石墨烯與強堿的活化產物過程為，將膨化石墨烯與第一活化劑混合，在400°C至800°C加熱0.5至4小時進行第一次造孔，得到微孔石墨烯。
[0012]更進一步地，上述的活性多孔石墨烯的制備方法，其中:所述的第一活化劑為氫氧化鈉。
[0013]更進一步地，上述的活性多孔石墨烯的制備方法，其中:所述的制備活性微孔石墨烯過程為，在氮氣保護性氣體的條件下，將微孔石墨烯在600-800°C進行炭化處理，得到活性微孔石墨烯。
[0014]更進一步地，上述的活性多孔石墨烯的制備方法，其中:所述的第二次造孔過程為，對微孔石墨烯進行用混酸處理，與第二活化劑混合，在600°C至1000°C溫度下，加熱I至6小時，進行第二次造孔，得到活性多孔石墨烯。
[0015]再進一步地，上述的活性多孔石墨烯的制備方法，其中:所述的混酸處理為，將微孔石墨烯用體積比為3:1的濃硫酸和濃硝酸進行混酸處理；所述的第二活化劑為氫氧化鉀。
[0016]本發明技術方案的優點主要體現在:本發明的活性多孔石墨烯具有較高的振實密度的同時還具有合適比例的中孔結構與大孔結構，這些孔提供了較高的比表面積。并且，經過炭化工藝處理后，大大提高了多孔石墨烯的活性。將本活性多孔石墨烯用于電容器電極材料時，大孔結構為電解液提供了快速迀移的通道，同時，中孔結構與有機電解液中離子大小相當，利于離子的快速吸附和脫附，從而使電容器具有較好的大倍率充放電性能。由此，為本領域的技術進步拓展了空間，實施效果好。
【附圖說明】
[0017]本發明的目的、優點和特點，將通過下面優選實施例的非限制性說明進行圖示和解釋。這些實施例僅是應用本發明技術方案的典型范例，凡采取等同替換或者等效變換而形成的技術方案，均落在本發明要求保護的范圍之內。
[0018]圖1是活性多孔石墨烯的制備方法的基本流程示意圖。
【具體實施方式】
[0019]如圖1所示的活性多孔石墨烯的制備方法，其特征在于:首先，制備氧化石墨烯與化學發泡劑的固體混合物。之后，制備膨化石墨烯；接著，制備石墨烯與強堿的活化產物。隨后，制備活性微孔石墨烯；最后，第二次造孔獲得成品。
[0020]就本發明一較佳的實施方式來看，所涉及到的制備氧化石墨烯與化學發泡劑的固體混合物過程為:將氧化石墨加入到pH=9至10的水與乙醇混合溶液中，該水與乙醇混合溶液的體積比為2:1。之后，通過磁力攪拌I至10小時，再超聲分散0.5至2小時，形成氧化石墨烯膠體分散液。在此期間，控制氧化石墨烯的濃度為0.5至5mg/mL。隨后，加入碳酸氫銨構成的化學發泡劑，攪拌2至12小時。最后，過濾除去多余的化學發泡劑，即可干燥后得到氧化石墨烯與化學發泡劑的固體混合物。
[0021]進一步來看，采用的膨化石墨烯的制備過程為，將先前獲取的氧化石墨烯與化學發泡劑的固體混合物在還原氣氛進行膨化還原。之后，從室溫逐漸升至500°C得到膨化石墨烯。在此期間，控制升溫速率為2至10°C /分鐘，并分別在200°C時保溫15至30分鐘，在500°C時保溫I至2小時。當然，考慮到擁有較佳的膨化還原，可以將固體混合物置于管式爐中，在氮氣的還原氣氛中進行。
[0022]為了提高活性多孔石墨烯的制備質量，其制備石墨烯與強堿的活化產物過程如下:將膨化石墨烯與氫氧化鈉構成的第一活化劑混合，在400°C至800°C加熱0.5至4小時進行第一次造孔，皆可得到微孔石墨烯。緊接著，可以進行活性微孔石墨烯的制備，既在氮氣保護性氣體的條件下，將微孔石墨烯在600-800°C進行炭化處理，得到活性微孔石墨烯。在本發明中，為了擁有較佳的產出，炭化時間以1-5小時較為適合，尤其是3小時為佳。
[0023]再進一步來看，本發明采用的第二次造孔過程為，對微孔石墨烯進行用混酸處理。之后，與第二活化劑混合，在600°C至1000°C溫度下，加熱I至6小時，進行第二次造孔，得到活性多孔石墨烯。在此期間，為了擁有較佳的反應效果，混酸處理為，將微孔石墨烯用體積比為3:1的濃硫酸和濃硝酸進行混酸處理。并且，采用氫氧化鉀作為第二活化劑，能夠取得較好的制備效果。
[0024]K實施例一 3
將0.1g氧化石墨加入到200mL的水與乙醇混合溶液中(水與乙醇的體積比為2:1)，磁力攪拌2時。之后，通過超聲分散0.5小時，形成氧化石墨烯膠體分散液。然后，加入0.4g碳酸氫銨，攪拌2小時