一种激光还原制备多孔石墨烯的方法与流程

本发明属于石墨烯超电容材料技术领域，具体涉及一种激光还原制备多孔石墨烯的方法。

背景技术：

超级电容器材料是超电容在实际生活中应用的一大关键领域，至今为止也是制约超电容应用的一大瓶颈。当前电子器件主要往小、精等方向发展，这就要求超电容的体积足够的小，从而对超级电容器材料的能量密度、功率密度有较高的要求。当前大部分的超电容器件主要是基于双电层电容储电机理的廉价碳材料，但如果想得到能量密度较大的可能性太小。总结最近几年电容材料的发展，碳纳米管材料性能虽然较好，但其制造成本太高，没能得到较好的应用。石墨烯作为新兴的二维材料，在很多领域均得到充分的研究，在电容材料领域具有很大的潜在应用。石墨烯材料的研究也较多，但大部分是集中在水热法或石墨烯与导电聚合物、金属氧化物等复合的研究上，很难实现石墨烯的精确制备，这就制约了石墨烯在精密电子方面的应用。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种激光还原制备多孔石墨烯的方法，将氧化石墨烯与过氧化氢按照一定的比例混合后制得氧化石墨烯薄膜，其中过氧化氢的作用就是在还原氧化石墨烯的过程中，形成微孔结构,然后利用激光逐点扫描还原，该制备方法简单，得到的多孔石墨烯比表面积大，电化学性能优良。

为实现上述目的，采用的技术方案如下：

一种激光还原制备多孔石墨烯的方法，包括以下步骤：

(1)以鳞片石墨为原料制备氧化石墨烯，离心得到氧化石墨烯的悬浮液；

(2)将步骤(1)得到的氧化石墨烯悬浮液浓缩至粘稠状，然后滴加过氧化氢溶液；

(3)将步骤(2)得到的混合粘稠液铺平到耐高温或导电基板上，制备成薄膜；

(4)将步骤(3)得到的薄膜用激光器在无氧环境下逐点扫描还原得到附着在基板上的多孔石墨烯。

优选的，步骤(1)所述的氧化石墨烯的制备采取传统的hummers方法或对其改进的两步法，氧化石墨烯的浓度为1-30mg/mL。

优选的，步骤(2)中浓缩后的氧化石墨烯浓度为20-50mg/mL。

优选的，步骤(2)中滴加的过氧化氢质量浓度为2％-30％，与氧化石墨烯的质量比为(0.1-1):1。

优选的，步骤(3)所述的耐高温或导电基板为钛铂板、聚酰亚胺薄膜、导电玻璃ITO、导电玻璃FTO或电路板。

优选的，步骤(3)制成的氧化石墨烯薄膜厚度为100-2000nm。

优选的，步骤(4)所述的激光逐点扫描的激光强度为100-5000mW。

本发明的有益效果：

本发明是将氧化石墨烯涂在基板上，根据需求可以选择不同类型的基板，并加入了过氧化氢，在激光还原的过程中，不仅可以得到不同图案的多孔的还原氧化石墨烯，而且在采用数字化的基础上能够实现精确制备。实验结果表明得到的多孔石墨烯材料孔径较小，分布均匀，图案精度较高，电化学性能较好且稳定较好。

附图说明

图1为实施例1中多孔石墨烯的制备流程图。

图2为各实施例制备的多孔石墨烯的比表面积对比图。

图3为实施例2中多孔石墨烯的SEM图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例，其中所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。实施例1

一种激光还原制备多孔石墨烯的方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1：以鳞片石墨为原料，通过传统的hummers方法制备氧化石墨烯，然后离心得到氧化石墨烯的悬浮液，并浓缩至50mg/mL；

步骤2：取100mL步骤1得到的氧化石墨烯浓缩液，并向其中滴加质量浓度为20％的过氧化氢溶液0.5mL，充分搅拌均匀；

步骤3：将步骤2得到的混合浓缩液平铺到导电玻璃ITO上并自然风干，得到厚度为1200nm的薄膜；

步骤4：将步骤3得到的薄膜用激光器在无氧环境下逐点扫描还原，选用的激光强度为800mW，得到多孔石墨烯。

实施例2

一种激光还原制备多孔石墨烯的方法，包括以下步骤：

步骤1：以鳞片状石墨为原料，通过W.S.Hummers Jr.,R.E.Offeman,Preparation of graphitic oxide,J.Am.Chem.Soc.80(6)(1958)1339所报道的改进的两步法制备氧化石墨烯，然后离心得到氧化石墨烯的悬浮液，并浓缩至30mg/mL；

步骤2：取100mL步骤1得到的氧化石墨烯浓缩液，并向其中滴加质量浓度为20％的过氧化氢溶液0.7mL，并充分搅拌均匀；

步骤3：将步骤2得到的混合浓缩液平铺到导电玻璃ITO上并自然风干，得到厚度为1200nm的薄膜；

步骤4：将步骤3得到的薄膜用激光器在无氧环境下逐点扫描还原，选用的激光强度为500mW，得到多孔石墨烯。

实施例3

一种激光还原制备多孔石墨烯的方法，包括以下步骤：

步骤1：以鳞片状石墨为原料，通过传统的hummers方法制备氧化石墨烯，然后离心得到氧化石墨烯的悬浮液，并浓缩至40mg/mL；

步骤2：取100mL步骤1得到的氧化石墨烯浓缩液，并向其中滴加质量浓度为30％的过氧化氢溶液0.5mL，并充分搅拌均匀；

步骤3：将步骤2得到的混合浓缩液平铺到聚酰亚胺薄膜上并自然风干，得到厚度为1500mm的薄膜；

步骤4：将步骤3得到的薄膜用激光器在无氧环境下逐点扫描还原，选用的激光强度为500mW，得到多孔石墨烯。

实施例4

一种激光还原制备多孔石墨烯的方法，包括以下步骤：

步骤1：以鳞片状石墨为原料，通过传统的hummers方法制备氧化石墨烯，然后离心得到氧化石墨烯的悬浮液，并浓缩至20mg/mL；

步骤2：取100mL步骤1得到的氧化石墨烯浓缩液，并向其中滴加质量浓度为30％的过氧化氢溶液0.8mL，并充分搅拌均匀；

步骤3：将步骤2得到的混合浓缩液平铺到聚酰亚胺薄膜上并自然风干，得到厚度为1300mm的薄膜；

步骤4：将步骤3得到的薄膜用激光器在无氧环境下逐点扫描还原，选用的激光强度为800mW，得到多孔石墨烯。

对实施例1-4得到的多孔石墨烯进行表征处理，我们可以从图2中分析出各实施例得到的多孔石墨烯的比表面积分别为：实施例1为108m²/g，实施例2为235m²/g，实施例3为121m²/g，实施例4为204m²/g，而水热得到的石墨烯的比表面积为45m²/g，由此可知本发明公开的制备多孔石墨烯的方法大大增加了石墨烯材料的比表面积，从而增加石墨烯的电化学性能，广泛地应用于超级电容器、微电子等领域。其中图3为实施例2的多孔石墨烯的SEM图，左上角为其截面图，从中我们可以看到分布均匀的多孔结构。