一種多孔石墨烯的制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種多孔石墨烯的制備方法，屬于石墨烯超電容材料技術領域。本發明技術方案包括：在氧化石墨烯的水溶液中加不同比例的雙氧水，然后再加入一定量的離子液，充分攪拌均勻后，水熱反應得到石墨烯凝膠，凍干處理后得到多孔石墨烯。本發明制備的多孔石墨烯材料比表面積大，并且制備過程簡單，在超級電容器，污水處理，吸油等領域有廣闊的應用前景。
【專利說明】
一種多孔石墨烯的制備方法
技術領域
[0001 ]本發明屬于石墨稀超電容材料技術領域，具體涉及一種多孔石墨稀的制備方法。
【背景技術】
[0002]超級電容器材料是超電容在實際生活中應用的一大關鍵領域，至今為止也是制約超電容應用的一大瓶頸。當前電子器件主要往小、精等方向發展，這就要求超電容的體積足夠的小，從而對超級電容器材料的能量密度、功率密度有較高的要求。當前大部分的超電容器件主要是基于雙電層電容儲電機理的廉價碳材料，但如果想得到能量密度較大的可能性太小。總結最近幾年電容材料的發展，碳納米管材料性能雖然較好，但其制造成本太高，沒能得到較好的應用。石墨烯作為新興的二維材料，在很多領域均得到充分的研究，在電容材料領域具有很大的潛在應用。石墨烯材料的研究也較多，但大部分是集中在水熱法或石墨烯與導電聚合物、金屬氧化物等復合的研究上，很難實現石墨烯的精確制備，這就制約了石墨烯在精密電子方面的應用。石墨烯中所有碳原子以SP2形式雜化形成六邊形結構單元，同時每個碳原子中P軌道的未成鍵電子在整個體系內共軛，形成大Π鍵;這種結合方式同離子液中具有的Π鍵形成Π - Π共軛。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種多孔石墨烯的制備方法，將氧化石墨烯與過氧化氫、離子液均勻混合，通過水熱反應得到多孔石墨烯，該制備方法簡單，得到的多孔石墨烯比表面積大，電化學性能優良。
[0004]為實現上述目的，采用的技術方案如下:
[0005]—種多孔石墨烯的制備方法，包括以下步驟:
[0006](I)將氧化石墨烯溶于水中，超聲分散形成氧化石墨烯分散液，然后滴加過氧化氫溶液并充分攪拌；
[0007](2)向步驟(I)的混合液中滴加離子液，并充分攪拌；
[0008](3)將步驟(2)得到的混合液轉移到水熱反應釜中，通過水熱反應得到多孔石墨烯凝膠；
[0009](4)將步驟(3)水熱反應得到的凝膠進行凍干處理，即得所述多孔石墨烯。
[0010]優選的，步驟(I)所述的氧化石墨稀是以鱗片石墨為原料，通過傳統的hummers方法或對其改進的兩步法制備得到的。
[0011]優選的，步驟(I)所述的氧化石墨烯的分散濃度為1-lOmg/mL，過氧化氫與氧化石墨稀的質量比為(0.1-1):1。
[0012]優選的，步驟(2)所述的離子液與氧化石墨烯的質量比為(0.1-0.6):1。
[0013]優選的，步驟(2)所述的離子液為1-丁基-3-甲基咪唑L乳酸鹽、I，2-乙二胺三氟甲磺酸鹽和I，2_乙二胺硝酸鹽中的一種或多種。
[0014]優選的，步驟(I)和(2)中攪拌的時間為0.5-2h。
[0015]優選的，步驟(3)所述的水熱反應時間為8_20h，溫度為110 °C -180 °C。
[0016]本發明的有益效果:
[0017]本發明的制備方法條件溫和、過程簡單;在氧化石墨烯的溶液中加入了離子液，利用離子液具有的Π鍵結構與石墨烯結構的特點，形成了 Π-Π共軛，增大了石墨烯在水熱過程中孔的形成，另外又加入了過氧化氫，使得在石墨烯片中形成微孔，故制得的多孔石墨烯孔徑較小，達到856m2/g，具有優良的電化學性能，在超級電容器、污水處理、吸油等領域有廣闊的應用前景。
【附圖說明】
[0018]圖1為實施例1中多孔石墨烯的制備流程圖。
[0019]圖2為實施例1中多孔石墨烯放大不同倍數的SEM圖。
[0020]圖3為實施例1中多孔石墨烯與石墨烯、氧化石墨烯的XRD分析。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖與具體實施例對本發明作進一步闡述，但本發明并不限于以下實施例，其中所述方法如無特別說明均為常規方法，所述原材料如無特別說明均能從公開商業途徑而得。
[0022]實施例1
[0023]本實施例中所用的氧化石墨稀是以鱗片石墨為原料，通過傳統的hummers方法制備得到的;離子液為1-丁基-3-甲基咪唑L乳酸鹽，制備多孔石墨烯:
[0024]步驟1:稱取400mg凍干的氧化石墨烯GO粉末，溶解到40mL蒸餾水中，超聲分散Ih，形成氧化石墨烯水溶液，逐滴滴加質量濃度為30 %的過氧化氫溶液ImL，并充分攪拌2h;
[0025]步驟2:向步驟I得到的分散液中再逐滴滴加200mg的1-丁基-3-甲基咪唑L乳酸鹽離子液，并充分攪拌2h ；
[0026]步驟3:將步驟2得到的混合液轉移到50mL水熱反應釜中，140 °C反應12小時；
[0027]步驟4:將步驟3水熱反應得到的凝膠進行凍干處理，即得所述多孔石墨烯。
[0028]對得到的多孔石墨烯進行表征，分析如下，得到的多孔石墨烯的比表面積達到856m2/g，而公開號為CN 104085881 A公開的制備三維石墨烯的比表面積才達到780m2/g，這在石墨烯材料制備中算是比較高的比表面積數值；圖1示意的是這種多孔石墨烯的制備過程；圖2是對樣品進行的形貌表征，從A圖中我們可以清晰的看到此種方法制備得到的石墨烯材料三維孔結構比較明顯，B圖中可以看到孔的尺寸也比較均勻；圖3是對這種多孔石墨烯材料與氧化石墨烯以及還原氧化石墨烯材料的一個XRD數據分析，我們可以看到，得到的材料不僅具有石墨烯的特征峰，另外還表明離子液在其中起到了關鍵的作用。
[0029]實施例2
[0030]本實施例中所用的氧化石墨稀是以鱗片石墨為原料，通過傳統的hummers方法制備得到的;所用的離子液為I，2-乙二胺硝酸鹽，制備多孔石墨烯材料:
[0031]步驟1:稱取400mg凍干的GO粉末，溶解到40mL蒸餾水中，超聲分散lh，使之充分分散，形成氧化石墨烯水溶液，逐滴滴加質量濃度為30 %的過氧化氫溶液ImL;并充分攪拌2h;
[0032]步驟2:向步驟I得到的分散液中再逐滴加200mg的I，2_乙二胺硝酸鹽離子液，并充分攪拌2h;
[0033 ] 步驟3:將上述步驟得到的混合液轉移到50mL水熱反應釜中，140 °C反應14小時；
[0034]步驟4:將步驟3水熱反應得到的凝膠進行凍干處理，即得所述多孔石墨烯。
[0035]實施例3
[0036]本實施例中所用的氧化石墨稀是以鱗片石墨為原料，通過W.S.Hummers Jr.,R.E.0ffeman,Preparat1n of graphitic oxide，J.Am.Chem.Soc.80(6) (1958) 1339所報道的改進的兩步法制備得到的；所用的離子液為I，2-乙二胺三氟甲磺酸鹽，制備多孔石墨稀材料:
[0037]步驟1:稱取400mg凍干的GO粉末，溶解到40mL蒸餾水中，超聲分散lh，使之充分分散，形成氧化石墨烯水溶液，逐滴滴加質量濃度為30 %的過氧化氫溶液ImL，并充分攪拌2h;
[0038]步驟2:向步驟I得到的分散液中再逐滴加240mg的I，2_乙二胺三氟甲磺酸鹽離子液，并充分攪拌2h;
[0039 ] 步驟3:將上述步驟得到的混合液轉移到50mL水熱反應釜中，160 °C反應8小時；
[0040]步驟4:將步驟3水熱反應得到的凝膠進行凍干處理，即得所述多孔石墨烯。
[0041 ] 實施例4
[0042]本實施例中所用的氧化石墨稀是以鱗片石墨為原料，通過傳統的hummers方法制備得到的;所用的離子液為1-丁基-3-甲基咪唑L乳酸鹽，制備多孔石墨烯材料:
[0043]步驟1:稱取400mg凍干的GO粉末，溶解到40mL蒸餾水中，超聲分散lh，使之充分分散，形成氧化石墨烯水溶液，逐滴滴加質量濃度為30 %的過氧化氫溶液0.5mL，并充分攪拌2h；
[0044]步驟2:向步驟I得到的分散液中再逐滴加240mg的1-丁基-3-甲基咪唑L乳酸鹽離子液;并充分攪拌2h ；
[0045]步驟3:將上述步驟得到的混合液轉移到50mL水熱反應釜中，140 °C反應1小時；
[0046]步驟4:將步驟3水熱反應得到的凝膠進行凍干處理，即得所述多孔石墨烯。
【主權項】
1.一種多孔石墨烯的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將氧化石墨烯溶于水中，超聲分散形成氧化石墨烯分散液，然后滴加過氧化氫溶液并充分攪拌； (2)向步驟(I)的混合液中滴加離子液，并充分攪拌； (3)將步驟(2)得到的混合液轉移到水熱反應釜中，通過水熱反應得到多孔石墨烯凝膠； (4)將步驟(3)水熱反應得到的凝膠進行凍干處理，即得所述多孔石墨烯。2.根據權利要求1所述的一種多孔石墨烯的制備方法，其特征在于，步驟(I)所述的氧化石墨稀是以鱗片石墨為原料，通過傳統的hu_ers方法或對其改進的兩步法制備得到的。3.根據權利要求1所述的一種多孔石墨烯的制備方法，其特征在于，步驟(I)所述的氧化石墨烯的分散濃度為1-lOmg/mL，過氧化氫與氧化石墨烯的質量比為(0.1-1):1。4.根據權利要求1所述的一種多孔石墨烯的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述的離子液與氧化石墨烯的質量比為(0.1-0.6):1。5.根據權利要求1所述的一種多孔石墨烯的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述的離子液為1-丁基-3-甲基咪唑L乳酸鹽，I，2-乙二胺三氟甲磺酸鹽和I，2_乙二胺硝酸鹽中的一種或多種。6.根據權利要求1所述的一種多孔石墨烯的制備方法，其特征在于，步驟(I)和(2)中攪拌的時間為0.5-2h。7.根據權利要求1所述的一種多孔石墨烯的制備方法，其特征在于，步驟(3)所述的水熱反應時間為8-2011，溫度為110°(:-180°(:。
【文檔編號】C01B31/04GK105923627SQ201610398481
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月7日
【發明人】閔永剛, 馬寸亮, 朱祎祎, 肖壯清, 張棟
【申請人】南京郵電大學