微孔石墨烯的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种纳米材料技术领域的制备方法，具体涉及到一种微孔石墨稀的制备方法。
【背景技术】
[0002]2004年英国曼彻斯特大学Geim课题组通过微机械剥离的方法成功制备石墨烯之后，石墨烯成为最具有研宄价值的碳纳米材料；石墨烯具有非常高的比表面积和突出的力学性能，导热性能以及导电性能。目前石墨烯的制备方法主要有机械剥离，化学气相沉积法，液相法，化学氧化还原法等。但是大部分的制备方法成本较高，产率较低而限制了石墨烯的大规模应用，而Hmnmers方法是一种简洁方便的制备石墨烯的方法，它成本低，产率高，因此对于石墨稀的工业应用来说，Hummers方法是一种很有吸引力的制备石墨稀的方法，现在已经有利用此种方法进行量产石墨烯的公司。但是此种方法的制备过程中，氧化石墨的分散性不均匀，易于团聚。而且制备所得的石墨烯本身具有缺陷和比表面积较小，孔径结构不利于锂离子电池和超级电容器中的离子迀移。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是针对Hummers方法制备石墨烯本身具有缺陷和比表面积较小的不足，提供了一种微孔石墨烯的制备方法而制得的具有较多微孔结构的石墨烯，从而进一步提尚石墨稀的比表面积和导电性。
[0004]本发明实现上述目的所采用的技术方案为:
一种微孔石墨烯的制备方法，包括以下步骤:
第一步，利用Hmnmers方法制备的高度分散的氧化石墨的分散液，浓度为3-5 mg/mL。；第二步，将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)加入到氧化石墨的分散液中，搅拌均匀溶解后超声处理，然后自然环境下吹干得粉末材料；
第三步，将所得的粉末研磨均匀，放置在惰性氛围中高温焙烧，即可得微孔石墨烯。
[0005]所述的微孔石墨烯的制备方法，其特征是，所述的氧化石墨的分散液制备步骤:先将硝酸钠、鳞片石墨和浓硫酸加入到烧杯中搅拌均匀，然后在冰浴条件下加入一定量的高锰酸钾，直到高锰酸钾加入结束后，继续在常温下搅拌，冰浴的温度控制在0-5 0C，搅拌一定时间后加入稀硫酸和双氧水继续搅拌均匀，最后加入缓冲溶液，静置一段时间后，进行离心洗涤。洗涤采用蒸馏水进行多次离心洗涤，测PH值直至上层清液PH为7时停止离心洗涤，将洗涤好的溶液从离心管中倒出，即可得到分散均匀的氧化石墨的分散液，浓度约为3-5 mg/mLο
[0006]所述的微孔石墨烯的制备方法，其特征是，所述的缓冲溶液是稀硫酸和双氧水的的混合溶液，浓硫酸、双氧水和蒸馏水的质量比为1:3:30。
[0007]所述的离心洗涤的转速为1000~8000 rpm/min。
[0008]所述氧化石墨的分散液是取离心洗涤后所得的上层膨胀溶液，将下层沉淀物去除掉，溶液浓度为2-5 mg/mL的均匀分散的氧化石墨的分散液。
[0009]所述的超声处理的工作参数:工作频率为40~100 KHz，超声功率120 W，超声时间30 min-2 ho
[0010]聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的用量为氧化石墨质量分散液中氧化石墨质量的1/2-2倍。
[0011]惰性气氛是指在氮气氛围下，高温焙烧的温度为800 °C，焙烧时间为2 h，升温速度为 5 0C /min。
[0012]有益效果:
I由于聚乙烯吡咯烷酮(PVP)与氧化石墨中的含氧基团能够很好的结合在一起，进一步提高了氧化石墨的分散性。而且聚乙烯吡咯烷酮(PVP)在400 °C左右可以完全分解，通过石墨烯材料的比表面积和孔径分布图，可以看出此种方法制备的石墨烯材料比表面积高达450 m2 g—1，具有较高的比表面积而且孔径分布均匀，微孔的分布在0.4 nm左右。这在很大程度上提高了石墨烯材料的导电性和电子迀移率。
[0013]2、由于聚乙烯吡咯烷酮(PVP)中含有氮元素，在高温分解时，大部分的氮元素附着在石墨烯表面，这也进一步提高了石墨烯材料的导电性能和倍率性能。
[0014]3、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)无毒而且能够很好的溶解在水中，因此此种制备方法成本低廉，工艺较为简单，适合工业化生产。
【附图说明】
[0015]图1为采用本专利技术制备的石墨烯材料的TEM图。
[0016]图2为采用本专利技术制备的石墨烯材料的比表面积图图3为采用本专利技术制备的石墨烯材料的孔径分布图。
【具体实施方式】
[0017]一种微孔石墨烯的制备方法，包括以下步骤:
第一步，利用Hmnmers方法制备的高度分散的氧化石墨的分散液，浓度为3-5 mg/mL。；第二步，将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)加入到氧化石墨的分散液中，搅拌均匀溶解后超声处理，然后自然环境下吹干得粉末材料；
第三步，将所得的粉末研磨均匀，放置在惰性氛围中高温焙烧，即可得微孔石墨烯。
[0018]所述的氧化石墨的分散液制备步骤:先将硝酸钠、鳞片石墨和浓硫酸加入到烧杯中搅拌均匀，然后在冰浴条件下加入一定量的高锰酸钾，直到高锰酸钾加入结束后，继续在常温下搅拌，冰浴的温度控制在0-5 °C，搅拌一定时间后加入稀硫酸和双氧水继续搅拌均匀，最后加入缓冲溶液，静置一段时间后，进行离心洗涤。洗涤采用蒸馏水进行多次离心洗涤，测PH值直至上层清液PH为7时停止离心洗涤，将洗涤好的溶液从离心管中倒出，即可得到分散均匀的氧化石墨的分散液，浓度约为3-5 mg/mL。
[0019]所述的微孔石墨烯的制备方法，其特征是，所述的缓冲溶液是稀硫酸和双氧水的的混合溶液，浓硫酸、双氧水和蒸馏水的质量比为1:3:30。
[0020]所述的离心洗涤的转速为1000~8000 rpm/min。
[0021]所述氧化石墨的分散液是取离心洗涤后所得的上层膨胀溶液，将下层沉淀物去除掉，溶液浓度为2-5 mg/mL的均匀分散的氧化石墨的分散液。
[0022]所述的超声处理的工作参数:工作频率为40~100 KHz，超声功率120 W，超声时间30 min-2 ho
[0023]聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的用量为氧化石墨质量分散液中氧化石墨质量的1/2-2倍。
[0024]惰性气氛是指在氮气氛围下，高温焙烧的温度为800 °C，焙烧时间为2 h，升温速度为 5 0C /min。
[0025]实施例1:
下面主要结合具体的实施案例对石墨烯的制备方法作进一步的详细说明。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但是本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0026]本发明的一种制备微孔石墨烯的方法，其特征在于，通过如下步骤实现:
实施例1:
(1)称取鳞片石墨5g，硝酸钠4.0 g放入到反应器中；
(2)量取172.2 mL的浓硫酸加入到反应器中，搅拌一天。称量22.5 g高锰酸钾加入到反应器中，在冰浴条件下加入搅拌。
[0027](3)配制5 wt%的硫酸溶液500 mL加入到反应器中，搅拌2 h。然后加入50 mL的双氧水溶液，搅拌2 h?
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