一种具有氧化石墨烯褶皱形貌的碳纳米片的制备方法与流程

本发明涉及一种碳纳米材料的制备方法，具体为一种具有氧化石墨烯褶皱形貌的碳纳米片的制备方法。

背景技术：

碳材料具有非常好的化学稳定性和生物相容性，因而被应用在各领域，比如电极材料、催化剂载体、药物载体等，碳纳米材料的发展经历了富勒烯、碳纳米管、石墨烯的过程，其他各种形态的碳材料也是研究的热点，比如活性炭、凝胶碳等。

制备不同形貌的纳米材料经常会采用模板法，模板法又分为硬模板法和软模板法，其中硬模板法中硬模板剂制备工艺复杂，成本高，尤其是涉及到硬模板的刻蚀过程，环境污染严重、工序繁琐；而软模板法用表面活性剂做结构诱导剂，很容易引入新的杂质，而除杂工艺又特别复杂。

氧化石墨烯材料是当下发展最有前景的碳材料，其比表面积非常高，达到了2600m²/g，导电率和抗拉强度极高。但是石墨烯制备成本高，在常温下非常容易团聚，从而导致石墨烯优异的性能不能充分地发挥出来，再加上石墨烯属于疏水材料，和大部分纳米材料相容性较差，进一步限制了石墨烯的应用。

技术实现要素：

为了解决以上技术路线，本发明提供了一种以氧化石墨烯为模板、以葡萄糖等生物质材料为原料用水热反应法制备了具有高比表面积的褶皱碳纳米片材料。

本发明采用的技术方案如下：一种具有氧化石墨烯褶皱形貌的碳纳米片的制备方法，其特征在于：具体实现步骤如下：

（1）取氧化石墨烯1份，加入40ml-100ml蒸馏水中，超声搅拌1h-2h，充分混匀；

（2）然后加入生物质材料10份-100份，继续超声搅拌混匀；

（3）将上述混合液置入水热反应釜中，水热反应釜填充量在60%-80%，在180°c-250°c保温5h-20h；反应结束后，用酒精蒸馏水反复清洗烘干，得到表面含有多种阴离子官能团的亲水性的褶皱碳纳米片。

本发明所述生物质材料或为葡萄糖或者淀粉等。

本发明将上述褶皱碳纳米片和3-5份的石墨化催化剂三价铁盐或者镍盐或者钴盐共混，然后加入煅烧炉中，在氮气气氛下，800°c-1200°c保温3-5h，最后用稀酸和蒸馏水清洗，除去催化剂杂质，得到疏水性褶皱碳纳米片样品。

本发明所述三价铁盐或者镍盐或者钴盐或为：fecl3，ni(no3)2•6h2o,co(no3)2•6h2o等。

本发明将上述褶皱碳纳米片和活化剂共混，共混后加入煅烧炉中，在氮气气氛保护下，600°c-900°c保温2-5h，最后用稀酸和蒸馏水清洗，出去活化剂杂质，得到多孔的褶皱碳纳米片样品。

本发明所述活化剂或为：zncl2，koh等。

本发明的优点：本发明采用氧化石墨烯作为模板、葡萄糖或者淀粉等生物质材料为原料，利用水热反应和反转印原理，制备了褶皱的碳纳米片。（1）褶皱碳纳米片拥有氧化石墨烯的褶皱形貌和巨大的比表面积，可以作为电极材料、催化剂载体、吸附材料（2）所用模板氧化石墨烯不需要除去，极大地减少了处理工艺，节约了成本；（3）水热制备的样品表面阴离子官能团多，活性高，能和其他材料有很好的相容性；（4）对样品石墨化处理后，样品导电性提高，处理工艺简单。

附图说明

图1为本发明的水热反应后制得样品的sem图。

图2为本发明的石墨化后制得样品的sem图。

具体实施方式

实施例一：

一种以氧化石墨烯为模板的褶皱碳纳米片的制备方法，其特征在于步骤方法如下：

（1）取氧化石墨烯0.1g，加入40ml蒸馏水中，超声搅拌1h，充分混匀；

（2）然后加入葡萄糖或者淀粉等生物质材料2g，继续超声搅拌混匀；

（3）将上述混合液置入水热反应釜中，水热反应釜填充量在80%，在220°c保温8h。反应结束后，用酒精蒸馏水反复清洗烘干。得到表面含有多种阴离子官能团的亲水性的褶皱碳纳米片；

（4）为得到疏水性褶皱碳纳米片，可以将上述褶皱碳纳米片2g和6g的石墨化催化剂ni(no3)2•6h2o，在蒸馏水中超声搅拌混匀，烘干后加入煅烧炉中，在氮气气氛下，900°c保温3h，最后用稀酸和蒸馏水清洗，除去催化剂杂质，得到样品。

（5）为得到多孔的褶皱碳纳米片，可以将上述褶皱碳纳米片2g材料和6g活化剂zncl2在蒸馏水中超声共混，烘干后加入煅烧炉，在氮气气氛保护下，800°c保温2h，最后用稀酸和蒸馏水清洗，出去活化剂杂质，得到样品。

实施例二：

一种以氧化石墨烯为模板的褶皱碳纳米片的制备方法，其特征在于步骤方法如下：

（1）取氧化石墨烯0.5g，加入40ml蒸馏水中，超声搅拌1h，充分混匀；

（2）然后加入葡萄糖或者淀粉等生物质材料2g，继续超声搅拌混匀；

（3）将上述混合液置入水热反应釜中，水热反应釜填充量在80%，在220°c保温8h。反应结束后，用酒精蒸馏水反复清洗烘干。得到表面含有多种阴离子官能团的亲水性的褶皱碳纳米片；

（4）为得到疏水性褶皱碳纳米片，可以将上述褶皱碳纳米片2g和6g的石墨化催化剂ni(no3)2•6h2o，在蒸馏水中超声搅拌混匀，烘干后加入煅烧炉中，在氮气气氛下，900°c保温3h，最后用稀酸和蒸馏水清洗，除去催化剂杂质，得到样品。

（5）为得到多孔的褶皱碳纳米片，可以将上述褶皱碳纳米片2g材料和6g活化剂zncl2在蒸馏水中超声共混，烘干后加入煅烧炉，在氮气气氛保护下，800°c保温2h，最后用稀酸和蒸馏水清洗，出去活化剂杂质，得到样品。

技术特征：

技术总结
本发明提供了一种具有氧化石墨烯褶皱形貌的碳纳米片的制备方法，具体实现工艺如下：先将氧化石墨烯通过超声搅拌的方法分散在去离子水中，然后加入葡萄糖或淀粉的生物质原材料，充分搅拌混匀后，加入水热反应釜中保温反应得到所述褶皱状碳纳米片材料，继续在高温下加入石墨化催化剂，比如三价铁盐、钴盐或者镍盐进行石墨化处理。该发明能把氧化石墨烯褶皱形貌反转印到碳纳米片材料上，继承氧化石墨烯巨大的比表面积优势，并且不会像氧化石墨烯那样在常温下出现团聚的现象。该发明用模板法制备纳米材料，后期不用考虑对模板进行刻蚀，所以制备工艺比较简单。

技术研发人员：张永毅;冯智富
受保护的技术使用者：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所南昌研究院
技术研发日：2017.05.24
技术公布日：2017.09.15