，室温静置12h，得到含水的石墨烯聚合体，-50°C预冷冻48h，-50°C真空冷冻干燥 48ho
[0032]实施例3
[0033]—种三维多孔石墨烯电极的制备方法，与实施例1的区别在于:取0.5g氧化石墨分散在10mL去离子水中，400W超声剥离3h，加入1.0mL质量浓度85 %的水合肼，90°C下静置反应lh，室温静置6h，得到含水的石墨烯聚合体，-50°C预冷冻36h，_50°C真空冷冻干燥24h0
[0034]对实施例1-3电极分别进行比表面积测定，采用氮气洗脱附法并根据BET方程得到电极的比表面积，测试设备采用美国麦克仪器公司(Micromeritics InstrumentC0.，USA)的 ASAP 2020 测定仪。
[0035]测得实施例1三维多孔石墨烯电极的比表面积196m2/g，实施例2三维多孔石墨烯电极的比表面积183m2/g，实施例3三维多孔石墨烯电极的比表面积175m2/g。测试结果表明本发明的三维多孔石墨烯电极具有较大的比表面积。
[0036]实施例1-3任一电极，作为微生物燃料电池阳极使用，微生物燃料电池总体积28ml,阴极为二氧化锰修饰的碳布阴极，接种物为湖泊底泥，底物为含有lg/L乙酸钠的50mmol的磷酸盐缓冲液，此外，阳极和阴极的投影面积分别为7cm2。运行稳定后，在上海辰华公司的CHI660D电化学工作站上①采用线性伏安扫描法测定电极的功率密度，扫描速率lmV/s,扫描范围从电池开路电压到零，采用三电极体系，其中阳极为工作电极，阴极为对电极和参比电极利用阻抗技术(EIS)测定电极的电荷转移内阻，开路稳定lh，测试条件为开路电压、频率范围IXlO5-0.05赫兹、振幅10mV。采用三电极体系，其中阳极为工作电极，铂丝电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，数据采用Zview软件进行等效电路拟合。
[0037]测得实施例1三维多孔石墨烯电极的功率密度为321mW/m2，分别是石墨毡的1.3倍和碳布的2.4倍。三维石墨烯电极质量较轻，其单位质量功率密度分别是石墨毡和碳布电极的18.5和9.7倍，如从电极成本考虑，功率密度分别是石墨毡和碳布电极的562和1125倍，其中石墨毡和碳布以购买价格、三维石墨烯以实验室制作成本核算，因此三维石墨烯电极的应用将大大降低微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell, MFC)的装置成本，促进MFC的实际应用。
[0038]相应的，测得实施例2的三维多孔石墨烯电极的功率密度也达到318mW/m2，实施例3的三维多孔石墨烯电极的功率密度为335mW/m2。
[0039]测得实施例1电极的电荷转移内阻1.87Ω，实施例2电极的电荷转移内阻
2.32 Ω，实施例3电极的电荷转移内阻为2.57 Ω。实验结果显示实施例1_3的电极电阻值较小，表明电极具有良好的导电效果。
[0040]需要说明的是，本发明中氧化石墨粉末的制备可采用本行业通用方法，不限于实施例1-3的方法。虽然实施例1-3中，超声剥离的持续时间为3h，但并不对本发明方法构成限制，超声剥离在3.5-4.5h都可实现，4h最佳。虽然实施例1-3中，水合肼溶液的质量浓度均在85%，但并不对本发明方法构成限制，水合肼溶液的质量百分比在84-86%都可实现，85%最佳。虽然实施例1-3中，含水的石墨烯聚合体在_50°C分别进行预冷冻和真空冷冻干燥，但并不对本发明方法构成限制，预冷冻和真空冷冻干燥分别可在_52°C?-48°C，50°C最佳。
[0041]本发明实施例1-3中所用预冷冻设备为超低温冰箱，真空冷冻干燥设备为美国Labconco 公司的 Freezone IL 冻干机。
[0042]以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种三维多孔石墨烯电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)氧化石墨烯水分散液的制备:取一定量的氧化石墨粉末分散在去离子水中，超声剥离，得到均匀的氧化石墨烯水分散液，分散液浓度为4-6g/L ； (2)石墨烯聚合体的制备:往氧化石墨烯水溶液中加入质量浓度84-86%的水合肼溶液，水合肼溶液的质量为氧化石墨烯质量的1.8-2.2倍，之后依次进行高温短时和室温长时聚合反应，得到含水的石墨烯聚合体； (3)三维多孔石墨烯的制备:含水的石墨烯聚合体，_52°C?_48°C冷冻干燥24-48h，得到三维多孔石墨稀； (4)三维多孔石墨烯直接或者切割后作为电极。2.根据权利要求1所述的一种三维多孔石墨烯电极的制备方法，其特征在于:所述聚合反应的高温反应温度在80-90°C，反应时间l_2h，室温长时反应的反应时间为6-12h。3.根据权利要求1或2所述的一种三维多孔石墨烯电极的制备方法，其特征在于:所述含水的石墨烯聚合体先于_52°C?_48°C进行预冷冻36-48h，再于_52°C?_48°C真空冷冻干燥24-48h，得到所述三维多孔石墨稀。4.使用权利要求1-3任一项所述的一种三维多孔石墨烯电极的制备方法所制得的三维多孔石墨稀电极。
【专利摘要】本发明涉及一种三维多孔石墨烯电极及其制备方法，步骤：(1)取一定量的氧化石墨粉末分散在去离子水中，超声剥离，得到均匀的氧化石墨烯水分散液；(2)往氧化石墨烯水溶液中加入水合肼溶液，之后依次进行高温短时和室温长时聚合反应，得到含水的石墨烯聚合体；(3)含水的石墨烯聚合体，冷冻干燥得到三维多孔石墨烯；(4)三维多孔石墨烯直接或者切割后作为电极。本发明通过氧化还原法，在较高氧化石墨烯浓度下，发生聚合反应，使得单层石墨烯纳米片依靠范德华力相互靠近并结合在一起，形成整体式三维多孔石墨烯，即可得到本发明的电极，其具有必要的机械强度，比表面积大，且电极性能优越。
【IPC分类】H01M4/96, C01B31/04, H01M8/16, H01M4/88
【公开号】CN105129775
【申请号】CN201510417482
【发明人】李秀芬, 黄力华, 任月萍, 王新华
【申请人】江南大学
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年7月15日