活性多孔石墨烯的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)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(shù)】
[0002]石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的材料。石墨烯幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；導(dǎo)熱系數(shù)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(yōu)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(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，可在高工作電壓和大電流快速充放電下保持很好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，同時，石墨烯還具有優(yōu)異的導(dǎo)電性，可以降低內(nèi)阻，提高超級電容器的循環(huán)穩(wěn)定性，因此制備具有適當(dāng)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(chǎn)生豐富的孔結(jié)構(gòu)。如申請?zhí)枮?00810113596.0的中國專利公開了一種化學(xué)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(guī)模生產(chǎn)；而且這種方法制備得到的石墨烯質(zhì)量較好。但是，該技術(shù)制備的石墨烯導(dǎo)電性能較差，且活性較低，從而限制了其在儲能領(lǐng)域的商業(yè)化應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是為了解決現(xiàn)有技術(shù)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(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
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(xué)發(fā)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(chǎn)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(xué)發(fā)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(xué)發(fā)泡劑，攪拌2至12小時；
步驟④，過濾除去多余的化學(xué)發(fā)泡劑，干燥后得到氧化石墨烯與化學(xué)發(fā)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(xué)發(fā)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(xué)發(fā)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(chǎn)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(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)點主要體現(xiàn)在:本發(fā)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(jié)構(gòu)與大孔結(jié)構(gòu)，這些孔提供了較高的比表面積。并且，經(jīng)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(jié)構(gòu)為電解液提供了快速迀移的通道，同時，中孔結(jié)構(gòu)與有機電解液中離子大小相當(dāng)，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(lǐng)域的技術(shù)進步拓展了空間，實施效果好。
【附圖說明】
[0017]本發(fā)明的目的、優(yōu)點和特點，將通過下面優(yōu)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(yīng)用本發(fā)明技術(shù)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(shù)方案，均落在本發(fā)明要求保護的范圍之內(nèi)。
[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(xué)發(fā)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(chǎn)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(fā)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(xué)發(fā)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(gòu)成的化學(xué)發(fā)泡劑，攪拌2至12小時。最后，過濾除去多余的化學(xué)發(fā)泡劑，即可干燥后得到氧化石墨烯與化學(xué)發(fā)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(xué)發(fā)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(dāng)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(zhì)量，其制備石墨烯與強堿的活化產(chǎn)物過程如下:將膨化石墨烯與氫氧化鈉構(gòu)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(fā)明中，為了擁有較佳的產(chǎn)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(fā)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(yīng)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