專利名稱：具有層柱狀支撐結(jié)構(gòu)的多孔石墨烯及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米材料，本發(fā)明也涉及一種納米材料的制備方法，屬于材料科學(xué)領(lǐng)域。具體涉及一種具有層柱狀支撐結(jié)構(gòu)的多孔石墨烯及其制備方法。
背景技術(shù)：
石墨烯材料是由單層石墨組成的納米級石墨材料，由于具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性及力學(xué)性能，在納米器件、導(dǎo)熱、導(dǎo)電及儲能領(lǐng)域有著巨大的潛在應(yīng)用價值，石墨烯材料的理論比表面積高達^K)0m2/g，具有突出的導(dǎo)熱性能(3000W/(m*K))和力學(xué)性能 (1060GPa)，以及室溫下高速的電子遷移率[15000cm2/(V · s)]。但是由于石墨烯片層間高的范德華力，使得其在制備過程中很容易團聚，導(dǎo)致其比表面積不能充分的利用。多孔石墨烯是在石墨烯的片層中通過物理或化學(xué)的方法制造一些具有納米尺寸的孔洞，這種結(jié)構(gòu)使得石墨烯在作為能源、催化或者吸附材料時，不僅具有很高的比表面積，同時還有很好的傳質(zhì)效應(yīng)，充分發(fā)揮這種二維納米片層材料的優(yōu)勢，目前關(guān)于多孔石墨烯的制備還少有報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種不僅在石墨烯片層分布直徑大于2nm的孔洞，而且在石墨烯片層間具有柱狀的支撐體，減小石墨烯片層間的傳質(zhì)阻力的具有層柱狀支撐結(jié)構(gòu)的多孔石墨烯。本發(fā)明的目的還在于提供一種具有層柱狀支撐結(jié)構(gòu)的多孔石墨烯的制備方法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明的具有層柱狀支撐結(jié)構(gòu)的多孔石墨烯是由多孔石墨烯片層以及支撐在多孔石墨烯片層間的納米碳柱組成；所述多孔石墨烯片層厚度小于lOnm，多孔石墨烯片層上的孔徑為2 IOnm ；所述納米碳柱直徑為2 lOnm，高度為2 lOnm。本發(fā)明的具有層柱狀支撐結(jié)構(gòu)的多孔石墨烯的制備方法包括如下步驟(1)將具有片層結(jié)構(gòu)的多孔金屬氧化物無機模板、碳的前驅(qū)體，加入到能溶解碳前驅(qū)體的有機溶劑中，混合均勻；(2)將步驟(1)的產(chǎn)物加熱抽真空去除溶劑；(3)將步驟(2)所得產(chǎn)物于惰性氣氛下在500 1000°C熱處理30 400min ；冷卻后收集固體產(chǎn)物；(4)用稀酸處理固體產(chǎn)物將金屬氧化物模板除去，即得具具有層柱狀支撐結(jié)構(gòu)的多孔石墨烯材料。所述具有片層結(jié)構(gòu)的多孔金屬氧化物無機模板是堿土金屬氧化物或過渡金屬氧化物中的一種或兩種以上的混合物。所述碳的前驅(qū)體為聚合物、浙青、葡萄糖、蔗糖類能夠高溫碳化成碳的有機物其中的任意一種。具有片層結(jié)構(gòu)的多孔金屬氧化物無機模板與碳的前驅(qū)體以及溶劑的重量比為1 0. 01 100 10 1000。所述熱處理是通過感應(yīng)加熱、輻射熱能、激光、紅外、微波、等離子體或紫外線加熱進行的熱處理。本發(fā)明的制備方法制備的具有層柱狀支撐結(jié)構(gòu)的多孔石墨烯材料，不僅在石墨烯片層分布直徑大于2nm的孔洞，而且在石墨烯片層間具有柱狀的支撐體，減小石墨烯片層間的傳質(zhì)阻力，這種特殊的結(jié)構(gòu)可以使該材料在儲能、儲氫、催化、環(huán)保等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用的前景。本發(fā)明所制備的具有層間柱狀支撐的多孔石墨烯不僅比表面積高，導(dǎo)電性能優(yōu)良，而且具有很低的片層間以及片層表面的傳質(zhì)阻力，使得該材料可以作為優(yōu)良的電極材料、儲能材料、催化材料以及吸附材料，因此具有廣泛的應(yīng)用前景，同時該材料，制備方法簡單、原料易得、可以批量制備、容易實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。


圖Ia為本發(fā)明所述的具有層間柱狀支撐結(jié)構(gòu)的多孔石墨烯材料的示意圖；圖Ib為圖Ia的左視圖；圖2為本發(fā)明實施例2所制備的多孔石墨烯材料的掃描電鏡照片。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明實施例1將厚度為2匪，孔徑為2nm的片層多孔MgO，與聚乙烯、甲苯以重量比1 10 100 的比例均勻混合，抽真空去除溶劑后置于惰性氣氛氮氣中600°C熱處理300min，冷卻后，收集固體，置于稀鹽酸中充分洗滌，過濾水洗至中性，烘干后既得具有層間柱狀多孔石墨烯材料。實施例2將厚度為lOnm，孔徑為5nm的片層多孔MgO，與浙青、四氫呋喃以重量比1 5 50 的比例均勻混合，抽真空去除溶劑后置于惰性氣氛氮氣中700°C熱處理200min，冷卻后，收集固體，置于稀鹽酸中充分洗滌，過濾水洗至中性，烘干后既得具有層間柱狀多孔石墨烯材料。實施例3將厚度為4nm，孔徑為2nm的片層多孔MgO，與葡萄糖、N, N-2甲基甲酰胺以重量比1 20 500的比例均勻混合，抽真空去除溶劑后置于惰性氣氛氮氣中800°C熱處理 60min，冷卻后，收集固體，置于稀鹽酸中充分洗滌，過濾水洗至中性，烘干后既得具有層間柱狀多孔石墨烯材料。實施例4將厚度為4nm，孔徑為2nm的片層多孔MnO2,與浙青、四氫呋喃以重量比1 5 50 的比例均勻混合，抽真空去除溶劑后置于惰性氣氛氮氣中800°C熱處理60min，冷卻后，收集固體，置于稀鹽酸中充分洗滌，過濾水洗至中性，烘干后既得具有層間柱狀多孔石墨烯材料。
實施例5將厚度為2匪，孔徑為2nm的片層多孔NiO，與聚丙烯、甲苯以重量比1 10 100 的比例均勻混合，抽真空去除溶劑后置于惰性氣氛氮氣中600°C熱處理50min，冷卻后，收集固體，置于稀鹽酸中充分洗滌，過濾水洗至中性，烘干后既得具有層間柱狀多孔石墨烯材料。實施例6將厚度為4nm，孔徑為2nm的片層多孔Co3O4,與浙青、四氫呋喃以重量比1 5 50 的比例均勻混合，抽真空去除溶劑后置于惰性氣氛氮氣中700°C熱處理60min，冷卻后，收集固體，置于稀鹽酸中充分洗滌，過濾水洗至中性，烘干后既得具有層間柱狀多孔石墨烯材料。
權(quán)利要求
1.一種具有層柱狀支撐結(jié)構(gòu)的多孔石墨烯，其特征是是由多孔石墨烯片層以及支撐在多孔石墨烯片層間的納米碳柱組成；所述多孔石墨烯片層厚度小于lOnm，多孔石墨烯片層上的孔徑為2 IOnm ；所述納米碳柱直徑為2 lOnm，高度為2 lOnm。
2.一種具有層柱狀支撐結(jié)構(gòu)的多孔石墨烯的制備方法，其特征是包括如下步驟(1)將具有片層結(jié)構(gòu)的多孔金屬氧化物無機模板、碳的前驅(qū)體，加入到能溶解碳前驅(qū)體的有機溶劑中，混合均勻；(2)將步驟(1)的產(chǎn)物加熱抽真空去除溶劑；(3)將步驟⑵所得產(chǎn)物于惰性氣氛下在500 1000°C熱處理30 400min；冷卻后收集固體產(chǎn)物；(4)用稀酸處理固體產(chǎn)物將金屬氧化物模板除去，即得具具有層柱狀支撐結(jié)構(gòu)的多孔石墨烯材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有層柱狀支撐結(jié)構(gòu)的多孔石墨烯的制備方法，其特征是 所述具有片層結(jié)構(gòu)的多孔金屬氧化物無機模板是堿土金屬氧化物或過渡金屬氧化物中的一種或兩種以上的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的具有層柱狀支撐結(jié)構(gòu)的多孔石墨烯的制備方法，其特征是所述碳的前驅(qū)體為聚合物、浙青、葡萄糖、蔗糖中的任意一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的具有層柱狀支撐結(jié)構(gòu)的多孔石墨烯的制備方法，其特征是具有片層結(jié)構(gòu)的多孔金屬氧化物無機模板與碳的前驅(qū)體以及溶劑的重量比為 1 0. 01 100 10 1000。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有層柱狀支撐結(jié)構(gòu)的多孔石墨烯的制備方法，其特征是 具有片層結(jié)構(gòu)的多孔金屬氧化物無機模板與碳的前驅(qū)體以及溶劑的重量比為1 0.01 100 10 1000。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的具有層柱狀支撐結(jié)構(gòu)的多孔石墨烯的制備方法，其特征是所述熱處理是通過感應(yīng)加熱、輻射熱能、激光、紅外、微波、等離子體或紫外線加熱進行的熱處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有層柱狀支撐結(jié)構(gòu)的多孔石墨烯的制備方法，其特征是 所述熱處理是通過感應(yīng)加熱、輻射熱能、激光、紅外、微波、等離子體或紫外線加熱進行的熱處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有層柱狀支撐結(jié)構(gòu)的多孔石墨烯的制備方法，其特征是 所述熱處理是通過感應(yīng)加熱、輻射熱能、激光、紅外、微波、等離子體或紫外線加熱進行的熱處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有層柱狀支撐結(jié)構(gòu)的多孔石墨烯的制備方法，其特征是 所述熱處理是通過感應(yīng)加熱、輻射熱能、激光、紅外、微波、等離子體或紫外線加熱進行的熱處理。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種具有層柱狀支撐結(jié)構(gòu)的多孔石墨烯及其制備方法。(1)將具有片層結(jié)構(gòu)的多孔金屬氧化物無機模板、碳的前驅(qū)體，加入到能溶解碳前驅(qū)體的有機溶劑中；(2)將步驟(1)的產(chǎn)物加熱抽真空去除溶劑；(3)將步驟(2)所得產(chǎn)物于惰性氣氛下在500～1000℃熱處理30～400min；冷卻后收集固體產(chǎn)物；(4)用稀酸處理固體產(chǎn)物將金屬氧化物模板除去，即得具具有層柱狀支撐結(jié)構(gòu)的多孔石墨烯材料。本發(fā)明的制備方法制備的具有層柱狀支撐結(jié)構(gòu)的多孔石墨烯材料，不僅在石墨烯片層分布直徑大于2nm的孔洞，而且在石墨烯片層間具有柱狀的支撐體，減小石墨烯片層間的傳質(zhì)阻力，在儲能、儲氫、催化、環(huán)保等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用的前景。
文檔編號B82Y40/00GK102515151SQ20111043470
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
發(fā)明者劉洋, 范壯軍, 閆俊, 魏彤 申請人:哈爾濱工程大學(xué)