一種利用高速攪拌技術(shù)制備多孔石墨烯微珠的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及多孔石墨烯微珠的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳材料比表面積高、導(dǎo)電能力好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、容易成型，同時(shí)價(jià)格低廉、原料來(lái)源廣泛、生產(chǎn)工藝成熟，是超級(jí)電容器領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的電極材料。石墨烯作為一種新型的納米二維材料，表現(xiàn)出很多優(yōu)異的物理特性，如比表面積大，導(dǎo)電性良好，熱穩(wěn)定性和物理強(qiáng)度高等，自從發(fā)現(xiàn)就成為人們研宄的最熱門領(lǐng)域之一，而新型碳材料石墨烯的發(fā)現(xiàn)對(duì)超級(jí)電容器電極材料的性能提升起到很大的作用。M.D.Stouer等以石墨稀作為電極的超級(jí)電容器，并分別測(cè)試了其在水系和有機(jī)電解液中的比電容，分別可以達(dá)到135F/g和99F/g ;Chen等用乙二胺和間二苯酸修飾氧化石墨稀，大大地提高了氧化石墨稀的比電容值；Wang等人采用原位聚合、還原/摻雜和脫摻雜三個(gè)過程制備了聚苯胺/石墨烯復(fù)合超級(jí)電容器電極材料，比電容值高達(dá)1126F/g。因此，石墨烯作為碳材料應(yīng)用在超級(jí)電容器電極材料領(lǐng)域有很大的發(fā)展前景。本發(fā)明提供了一種多孔石墨烯的球形結(jié)構(gòu)，以前的多孔石墨烯幾乎沒有球形結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法制備球形結(jié)構(gòu)的多孔石墨烯的問題，而提供一種利用高速攪拌技術(shù)制備多孔石墨烯微珠的方法。
[0004]一種利用高速攪拌技術(shù)制備多孔石墨烯微珠的方法，具體是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0005]一、將聚乙烯吡咯烷酮粉末、氧化石墨烯干粉和二氧化硅微球干粉進(jìn)行混合，得到混合粉，然后將混合粉與去離子水混合，得到復(fù)合懸浮液；
[0006]所述的聚乙烯吡咯烷酮粉末與氧化石墨烯干粉的質(zhì)量比為1: (0.2?0.3);所述的聚乙烯吡咯烷酮粉末與二氧化硅微球干粉的質(zhì)量比為1: (0.5?I);所述的混合粉與去咼子水的質(zhì)量比為1: (25?30)；
[0007]二、將復(fù)合懸浮液加入到盛有二甲基硅油的聚丙烯微波爐盒中，在溫度為80°C?90 °C及攪拌速度為400rpm?600rpm的條件下，磁力攪拌2h?3h，然后固化成型，最后在室溫下靜置沉析12h?24h，得到聚乙烯吡咯烷酮/氧化石墨烯/ 二氧化硅復(fù)合微珠；
[0008]三、將聚乙烯吡咯烷酮/氧化石墨烯/ 二氧化硅復(fù)合微珠采用分步升溫加熱法進(jìn)行固化；所述的分步升溫加熱法具體按以下步驟進(jìn)行:將聚乙烯吡咯烷酮/氧化石墨烯/二氧化硅復(fù)合微珠在溫度為80°C?100°C下加熱2h?3h，再在溫度為150°C下加熱1h?12h，最后在溫度為280°C下加熱1.5h?2h，得到固化完全的復(fù)合微珠；
[0009]四、氮?dú)鈼l件下，將固化完全的復(fù)合微珠在溫度為750°C?850°C的條件下，煅燒1.5h?2h，得到石墨烯/ 二氧化硅復(fù)合微珠；
[0010]五、①、將石墨烯/ 二氧化硅復(fù)合微珠浸漬于質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為8%的氫氟酸溶液，浸漬2h?3h 、重新更換質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為8%的氫氟酸溶液，重復(fù)步驟五①4次?5次；③、烘干，即得到多孔石墨烯微珠。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:1.本發(fā)明得到具有多孔結(jié)構(gòu)的石墨烯微珠，而且內(nèi)外部的石墨烯層形貌都具有明顯的褶皺感。
[0012]2.采用直接加熱的方式對(duì)混合液小液滴進(jìn)行固化，固化速率得到了極大的提升。
[0013]3.聚乙烯吡咯烷酮是一種水溶性的聚合物，隨著水從液滴內(nèi)部逐漸擴(kuò)散蒸發(fā)，水溶性的聚乙烯吡咯烷酮也隨之向液滴外層擴(kuò)散，在整個(gè)固化過程中聚乙烯吡咯烷酮起到穩(wěn)固形貌的作用。
[0014]4.聚乙烯吡咯烷酮中富含的吡咯氮和羰基可以產(chǎn)生贗電容，它對(duì)多孔石墨烯微珠的電容性能有很大的影響。
[0015]5.本發(fā)明將二維的石墨烯轉(zhuǎn)變成多孔的三維堆積結(jié)構(gòu)的石墨烯微珠，并且石墨烯具有高比表面積和高傳導(dǎo)性，在超級(jí)電容器電極材料領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0016]本發(fā)明用于一種利用高速攪拌技術(shù)制備多孔石墨烯微珠的方法。
【附圖說明】
[0017]圖1是實(shí)施例1中制備的多孔石墨烯微珠的掃描電鏡圖片，放大倍數(shù)為100；
[0018]圖2是實(shí)施例1中制備的多孔石墨烯微珠的掃描電鏡圖片，放大倍數(shù)為10000；
[0019]圖3是實(shí)施例1中制備的多孔石墨烯微珠和氧化石墨烯的X射線衍射圖，I為氧化石墨烯，2為多孔石墨烯微珠；
[0020]圖4是循環(huán)伏安曲線，I表示掃速為5mV/s時(shí)實(shí)施例1中制備的多孔石墨烯微珠的循環(huán)伏安曲線；2表示掃速為10mV/S時(shí)實(shí)施例1中制備的多孔石墨烯微珠的循環(huán)伏安曲線；3表示掃速為20mV/s時(shí)實(shí)施例1中制備的多孔石墨烯微珠的循環(huán)伏安曲線；4表示掃速為50mV/s時(shí)實(shí)施例1中制備的多孔石墨烯微珠的循環(huán)伏安曲線；5表示掃速為100mV/S時(shí)實(shí)施例1中制備的多孔石墨烯微珠的循環(huán)伏安曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0021]本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉的【具體實(shí)施方式】，還包括各【具體實(shí)施方式】之間的任意組合。
[0022]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式所述的一種利用高速攪拌技術(shù)制備多孔石墨烯微珠的方法，具體是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0023]—、將聚乙烯吡咯烷酮粉末、氧化石墨烯干粉和二氧化硅微球干粉進(jìn)行混合，得到混合粉，然后將混合粉與去離子水混合，得到復(fù)合懸浮液；
[0024]所述的聚乙烯吡咯烷酮粉末與氧化石墨烯干粉的質(zhì)量比為1: (0.2?0.3);所述的聚乙烯吡咯烷酮粉末與二氧化硅微球干粉的質(zhì)量比為1: (0.5?I);所述的混合粉與去咼子水的質(zhì)量比為1: (25?30)；
[0025]二、將復(fù)合懸浮液加入到盛有二甲基硅油的聚丙烯微波爐盒中，在溫度為80°C?90 °C及攪拌速度為400rpm?600rpm的條件下，磁力攪拌2h?3h，然后固化成型，最后在室溫下靜置沉析12h?24h，得到聚乙烯吡咯烷酮/氧化石墨烯/ 二氧化硅復(fù)合微珠；
[0026]三、將聚乙烯吡咯烷酮/氧化石墨烯/ 二氧化硅復(fù)合微珠采用分步升溫加熱法進(jìn)行固化；所述的分步升溫加熱法具體按以下步驟進(jìn)行:將聚乙烯吡咯烷酮/氧化石墨烯/二氧化硅復(fù)合微珠在溫度為80°C?100°C下加熱2h?3h，再在溫度為150°C下加熱1h?12h，最后在溫度為280°C下加熱1.5h?2h，得到固化完全的復(fù)合微珠；
[0027]四、氮?dú)鈼l件下，將固化完全的復(fù)合微珠在溫度為750°C?850°C的條件下，煅燒1.5h?2h，得到石墨烯/ 二氧化硅復(fù)合微珠；
[0028]五、①、將石墨烯/ 二氧化硅復(fù)合微珠浸漬于質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為8%的氫氟酸溶液，浸漬2h?3h 、重新更換質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為8%的氫氟酸溶液，重復(fù)步驟五①4次?5次；③、烘干，即得到多孔石墨烯微珠。
[0029]本實(shí)施方式步驟二中的固化成型即將液體中的水分蒸發(fā)即可。
[0030]本實(shí)施方式的有益效果是:1.本實(shí)施方式得到具有微珠，內(nèi)外部的石墨烯形貌都具有明顯的褶皺感。
[0031]2.采用直接加熱的方式對(duì)混合液小液滴進(jìn)行固化，固化速率得到了極大的提升。
[0032]3.聚乙烯吡咯烷酮是一種水溶性的聚合物，隨著水從液滴內(nèi)部逐漸擴(kuò)散蒸發(fā)，水溶性的聚乙烯吡咯烷酮也隨之向液滴外層擴(kuò)散，在整個(gè)固化過程中聚乙烯吡咯烷酮起到穩(wěn)固形貌的作用。
[0033]4.聚乙烯吡咯烷酮中富含的吡咯氮和羰基可以產(chǎn)生贗電容，它對(duì)多孔石墨烯微珠的電容性能有很大的影響。
[0034]5.本實(shí)施方式將二維的石墨烯轉(zhuǎn)變成多孔的三維堆積結(jié)構(gòu)的石墨烯微珠，并且石墨烯具有高比表面積和高傳導(dǎo)性，在超級(jí)電容器電極材料領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0035]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:步驟一中所述的聚乙烯吡咯烷酮粉末與氧化石墨烯干粉的質(zhì)量比為1: (0.2?0.28)。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0036]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)