一种多孔状氧化石墨的制备方法与流程

本发明涉及一种氧化石墨的制备方法，尤其一种多孔状氧化石墨的制备方法，属于纳米材料技术领域。

背景技术：

氧化石墨是石墨氧化后的产物，经氧化处理后的氧化石墨，表面带有丰富的含氧集团，如-oh、-c-o-c-和-cooh等，这些官能团使得氧化石墨具有极性，可以很好地分散在极性溶剂中；氧化石墨这种性质极大地拓宽了氧化石墨的用途，其作为一种复合材料填料被广泛的用于合成各种复合材料；另外，所得复合材料经过还原后，不仅提高了材料的导电性，同时兼具有氧化石墨大的比表面积，这些都很好的体现了氧化石墨的优势。

多孔材料，是一种有相互贯通或封闭的孔洞构成的网络结构的材料。多孔材料一般具有相对密度低，比表面积高，渗透性好等优点；其应用范围也远远超过单一功能的材料，在组织工程、催化剂载体、吸附载体、分离过滤材料、电极材料等多方面具有重要应用，越来越受到人们的关注。多孔状的氧化石墨是一种新型的纳米材料，其结合了氧化石墨和多孔材料的优势，将在氧化石墨和多孔材料各自的应用领域发挥更好的应用。

技术实现要素：

本发明的目是提供一种具有多孔状结构氧化石墨的制备方法。

本发明一种多孔状结构氧化石墨的制备方法，是将氧化石墨分散于浓硫酸和浓硝酸的混合溶液中，加入氯酸钾，室温温搅拌反应72~75h，氧化石墨被更彻底地剥离并氧化剪切，得到均一的氧化石墨反应液；再将反应液分散于15~20ml超纯水中，用浓度8~10mol/l的氢氧化钠溶液调节溶液ph至6.5~7.5，溶液中存在的氢氧化钾会对氧化石墨进行缓慢的刻蚀，氧化石墨片层具有一定的膨胀，同时出现了丰富的尺度较小，均匀分布的孔道；然后将所得产物离心，收集沉淀物，乙醇和超纯水洗涤，冷冻干燥，其表面包覆液体升华去除，得到多孔状结构的氧化石墨。

所述浓硫酸的质量百分比浓度为95~98%，浓硝酸的质量分数为63~68%，且浓硫酸与浓硝酸的体积比为2:1~2.5:1。

所述氯酸钾的用量为氧化石墨质量的90~92%。

下面通过扫描电镜、红外光谱图、氮气吸附脱附曲线对本发明制备的一种多孔状结构氧化石墨的结构进行分析说明。

1、扫描电镜分析

图1为本发明制备的多孔状结构的氧化石墨的扫描电镜图。扫描电镜图显示，所得氧化石墨表面呈现出多孔状结构，使得氧化石墨具有极大的比表面积。图2、3为图1对应的放大图，可以更清楚的表示氧化石墨内部的多孔纳米通道结构。通过扫描电镜分析可见，所制备的这种多孔状氧化石墨具有丰富的孔道，这种多孔状的氧化石墨可作为一种优良的复合材料填充剂来应用。

2、红外分析

图4为所制备多孔状氧化石墨的红外光谱图。红外光谱显示，在1103cm^-1处出现了c-o-c官能团强烈的振动吸收峰，归属于氧化石墨上环氧基的吸收峰；1620cm⁻¹处出现的吸收峰归属于c=c键的伸缩振动；1730cm⁻¹处的吸收峰归属于羰基上的c=o键的吸收峰；3400cm⁻¹处是由于样品所吸收的水分子的o-h键的伸缩振动产生的。红外光谱中出现了氧化石墨对应的特征峰，说明通过这种方法成功制备了氧化石墨。

3、氮气吸附脱附曲线

氮气吸附脱附曲线进一步证明了多孔状氧化石墨的一些优异特征，图5为制备多孔状氧化石墨的氮气吸附脱附等温曲线图。说明所得等温线属于iupac分类中的i类型，h4滞后环，具有较好的平台，属于氧化石墨片层堆积形成的层状结构产生的狭缝孔。从图5可以看出，样品在低压阶段吸附量缓慢增加，并在较高压区域没有吸附限制，其比表面积约为945m²·g^-1；已报道的文献中，纯的石墨烯比表面积约为358m²˙g^-1，多孔石墨烯的比表面积约为850m²·g^-1，相对来说，所得样品的比表面积更大，说明氧化石墨由于反应中的插层反应使得其层状结构的狭缝孔更加丰富。

综上所述，本发明得到的多孔状的氧化石墨，具有丰富独特的多孔结构这种样品既具有氧化石墨的优势，又兼具多孔材料的特点，作为一种优良的复合材料填充剂显示出好的应用前景。

附图说明

图1为本发明制备多孔状氧化石墨的扫描电镜图。

图2为图1的放大图。

图3为图2的放大图。

图4为本发明制备多孔状氧化石墨的红外光谱图。

图5为本发明制备多孔状氧化石墨的氮气吸附脱附等温线。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明多孔状氧化石墨的制备进行详细说明。

实施例1

将1g氧化石墨分散于18ml浓硫酸和9ml浓硝酸的混合溶液中，加入11g氯酸钾，室温温搅拌反应72h，得到均一的氧化石墨反应液；将反应液分散于20ml超纯水中，用4mol/l氢氧化钠溶液调节溶液ph至7；然后将所得产物离心，收集沉淀物，乙醇和超纯水洗涤，在-55℃下真空冷冻干燥24h，得到多孔状结构的氧化石墨。

实施例2

将1g氧化石墨分散于20ml浓硫酸和10ml浓硝酸的混合溶液中，加入11g氯酸钾，室温温搅拌反应72h，得到均一的氧化石墨反应液；将所得反应液分散于20ml超纯水中，用4mol/l氢氧化钠溶液调节溶液ph至7；然后将所得产物离心收集沉淀物，乙醇和超纯水洗涤，在-55℃下真空冷冻干燥24h，得到多孔状结构的氧化石墨。

实施例3

将1g氧化石墨分散于18ml浓硫酸和9ml浓硝酸的混合溶液中，加入12g氯酸钾，室温温搅拌反应75h，得到均一的氧化石墨反应液；将所得反应液分散于20ml超纯水中，用5mol/l氢氧化钠溶液调节溶液ph至7；然后将所得产物离心收集沉淀物，乙醇和超纯水洗涤，在-55℃下真空冷冻干燥24h，得到多孔状结构的氧化石墨。

实施例4

将1g氧化石墨分散于20ml浓硫酸和10ml浓硝酸的混合溶液中，加入12g氯酸钾，室温温搅拌反应75h，得到均一的氧化石墨反应液；将所得反应液分散于20ml超纯水中，用5mol/l氢氧化钠溶液调节溶液ph至7；然后将所得产物离心收集沉淀物，乙醇和超纯水洗涤，在-55℃下真空冷冻干燥24h，得到多孔状结构的氧化石墨。

技术特征：

技术总结
本发明提供了一种多孔状氧化石墨的制备方法，是将氧化石墨分散于浓硫酸和浓硝酸的混合溶液中，加入氯酸钾，室温温搅拌反应72~75h，得到均一的氧化石墨反应液；再将反应液分散于超纯水中，用氢氧化钠溶液调节溶液pH至6.5~7.5；然后将所得产物离心，收集沉淀物，乙醇和超纯水洗涤，冷冻干燥，得到多孔状结构的氧化石墨。扫描电镜测试显示，本发明制备的氧化石墨多孔结构清晰，片层较大，具有丰富独特的孔结构和丰富的孔隙，既具有氧化石墨的优势，又兼具多孔材料的特点，作为一种优良的复合材料填充剂显示出好的应用前景。

技术研发人员：莫尊理;张红娟;郭瑞斌;王瑞娟;燕敏;冯航空;安军年
受保护的技术使用者：西北师范大学
技术研发日：2018.01.10
技术公布日：2018.11.20