的石墨稀气凝I父和尚孔隙率的功能石墨稀材料进彳丁相关实验，结果如下:
[0122]图1为实施例3所制备的石墨烯气凝胶的数码照片，从图中可以看出该石墨烯气凝胶为纯黑色的块体材料。图2为实施例3所制备的高孔隙率的功能石墨烯材料的扫描电子显微镜照片，从图2中可以看出所制备功能石墨烯材料具有三维的多孔网络结构。图3为实施例3中所制备的尚孔隙率的功能石墨稀材料的透射电镜照片，从图3中可以看到石墨烯片层上有许多的褶皱。
[0123]图4为实施例3中所制备的石墨稀气凝I父和尚孔隙率的功能石墨稀材料的氣气吸脱附曲线图(图中横坐标Relative Pressure表示相对压力，纵坐标Absorbed Volume表示吸附量，CGA950-2h表示石墨烯气凝胶在950°C经过二氧化碳活化2h后得到的高孔隙率的功能石墨烯材料，GA表示石墨烯气凝胶)，从图4中可以看出，所制备的石墨烯气凝胶和功能石墨烯材料均具有介孔结构，其比表面积分别为690和2080111?.^图5为实施例3中所制备的石墨烯气凝胶和功能石墨烯材料的X射线衍射仪谱图(横坐标表示衍射角度，纵坐标表示强度，CGA950-2h表示石墨烯气凝胶在950°C经过二氧化碳活化2h后得到的高孔隙率的功能石墨烯材料，GA表示石墨烯气凝胶，G0表示石墨烯氧化物)，可以看出制备的多孔材料在大约24° (层间距约为0.37nm)处出现了一个宽峰。
[0124]图6为实施例3中所制备的高孔隙率的功能石墨烯材料在298K下对甲苯、甲醇以及水蒸气的吸附等温线(横坐标表示相对压力，纵坐标表示吸附量，Toluene表示甲苯，Methanol表示甲醇，Water表示水)，从图6中可以看出所制备的功能石墨烯材料具有很好的有机蒸汽吸附性能，其对甲苯和甲醇的吸附量分别为2800和1360mg g
[0125]图7为实施例3中所制备的功能石墨烯材料在1.0mol L 1四氟硼酸四乙基铵/乙腈电解液中的循环伏安曲线(横坐标表示电位，纵坐标表示电流)，从图7中可以看出，所有的循环伏安曲线都表现出准矩形形状。当扫描速率增加到100mV s1时，功能石墨烯材料的循环伏安曲线仍然保持准矩形形状。图8为实施例3中所制备的功能石墨烯材料的比电容与放电电流密度的关系曲线(横坐标表示电流密度，纵坐标表示比电容)，从图8中可以看出所制备的功能石墨烯材料具有较好的倍率性能，即使当电流密度增加到10A g 1时，功能石墨烯材料的电化学电容仍然能达到80F g1。
[0126]申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
【主权项】
1.一种高孔隙率的功能石墨稀材料，其特征在于，其是由二维石墨稀片层作为基础构筑单元形成的三维多孔网络结构。2.根据权利要求1所述的高孔隙率的功能石墨烯材料，其特征在于，所述的功能石墨烯材料的比表面积为500-2300m2 g_\孔容为0.5-5.5cm3 g、优选地，比表面积为690-2080m2 gΛ孔容为 1.2-5.4cm3 g_1； 优选地，所述功能石墨稀材料的孔径为0.2nm-20 μ m，孔隙率为85% -99% ;进一步优选地，孔径为0.5nm-l μπι，孔隙率为90% -95% ； 优选地，所述功能石墨烯材料的电导率为10_4-102S cm — 1;进一步优选地，电导率为10 2-104 cm:03.权利要求1或2所述功能石墨烯材料的制备方法，其特征在于，该方法包括将二氧化碳与石墨烯气凝胶或石墨烯/金属杂化气凝胶发生活化反应，一步法获得高孔隙率的功能石墨稀材料； 优选地，所述活化反应温度为650-1000°C，进一步优选为750-950°C ； 优选地，所述活化反应时间为l_20h，进一步优选为l-4h ； 优选地，所述活化反应升温速率为1_50°C min \进一步优选为1_10°C min S 优选地，所述活化反应降温速率为1_50°C min4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，该方法包括先将石墨烯气凝胶或石墨烯/金属杂化气凝胶在惰性气氛中以1_50°C min 1的升温速率升至650_1000°C，再将惰性气氛切换为二氧化碳气体，在二氧化碳气氛中活化反应l_20h，然后以1-50°C min 1的降温速率降至室温； 优选地，所述惰性气氛为氩气或者氮气； 优选地，所述活化反应在管式炉中进行，进一步优选为在高温管式炉中进行。5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述石墨烯气凝胶或石墨烯/金属杂化气凝胶的制备方法包括以下步骤: (1)将石墨氧化物在水中超声分散形成石墨烯氧化物水分散液； 或者进一步向所述石墨烯氧化物水分散液中加入无机物，搅拌后得到均匀的石墨烯氧化物/无机物水分散液；所述无机物包括含铂、金、或钯的可溶性无机物中的一种或几种； (2)将步骤(1)所得石墨烯氧化物水分散液或石墨烯氧化物/无机物水分散液进行水热反应，得到均匀不流动的石墨烯水凝胶或石墨烯/金属杂化水凝胶； (3)洗涤，得到石墨烯水凝胶或石墨烯/金属杂化水凝胶； (4)干燥，得到所述石墨烯气凝胶或石墨烯/金属杂化气凝胶。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述石墨稀气凝胶或石墨稀/金属杂化气凝胶的制备方法步骤(1)中， 所述石墨烯氧化物上具有含氧官能团，所述含氧官能团包括羧基；优选地，所述含氧官能团还包括环氧基、羟基和醛基中的一种或多种； 优选地，所述石墨稀氧化物中羧基的含量为10-30wt% ； 优选地，所述石墨烯氧化物中含氧官能团的重量百分数为10% _50%，进一步优选为20% -40% ； 优选地，所述超声的功率为10-600W，超声的频率为20-200KHZ ； 优选地，所述石墨烯氧化物水分散液中石墨烯氧化物的浓度为l-10mg ml/1; 优选地，所述石墨稀氧化物与所述无机物的质量比为1:1-100:1 ； 优选地，所述无机物为六水合氯铂酸、四氯金酸、氯化钯中的一种或几种； 优选地，所述石墨烯氧化物/无机物水分散液中六水合氯铂酸、四氯金酸或氯化钯的浓度为 0.l_20mg mL、7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述石墨烯气凝胶或石墨烯/金属杂化气凝胶的制备方法步骤(2)中， 所述水热反应的温度为100-200°C ； 优选地，所述石墨烯/金属杂化水凝胶为石墨烯/金杂化水凝胶、石墨烯/铂杂化水凝胶、石墨烯/钯杂化水凝胶、石墨烯/金铂杂化水凝胶中的一种或几种； 优选地，所述水热反应包括将所述石墨烯氧化物水分散液或石墨烯氧化物/无机物水分散液放入水热反应釜中，然后将所述水热反应釜在烘箱中进行；进一步优选地，所述水热反应釜为高压反应釜； 优选地，所述水热反应的温度为100-200°C，水热反应的时间为2-24h。8.根据权利要求5-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述石墨烯气凝胶或石墨烯/金属杂化气凝胶的制备方法步骤(3)中， 所述洗涤使用水或叔丁醇进行； 优选地，洗涤后得到没有残留无机物的石墨烯水凝胶或石墨烯/金属杂化水凝胶。9.根据权利要求5-8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述石墨烯气凝胶或石墨烯/金属杂化气凝胶的制备方法步骤(4)中， 所述干燥方法为冷冻干燥；优选地，所述冷冻干燥的温度为_20°C -液氮温度，冷冻干燥的时间为2-48h ;真空度为5-800Pa ; 优选地，所述石墨稀/金属杂化气凝胶为石墨稀/金杂化气凝胶、石墨稀/铀杂化气凝胶、石墨烯/钯杂化气凝胶、石墨烯/金铂杂化气凝胶中的一种或几种。10.权利要求1或2所述高孔隙率的功能石墨烯材料的用途，或权利要求3-9任一项所述方法制备的高孔隙率的功能石墨烯材料的用途，所述用途包括将所述高孔隙率的功能石墨烯材料应用在有机蒸汽吸附的吸附剂、气体吸附的吸附剂、超级电容器的电极、锂离子电池或催化方面； 优选地，用作有机蒸汽的吸附剂时，吸附质为甲苯和甲醇，吸附量为100-4000mg g-1； 优选地，用作超级电容器的电极时，电流密度为0.1-10A g — 1时，电化学电容为50-200F-1g ο
【专利摘要】本发明涉及一种高孔隙率的功能石墨烯材料及其制备方法和用途。所述高孔隙率的功能石墨烯材料是由二维石墨烯片层作为基础构筑单元形成的三维多孔网络结构；其制备方法将二氧化碳与石墨烯气凝胶或石墨烯/金属杂化气凝胶发生活化反应，一步法获得；其用途包括将应用在有机蒸汽吸附的吸附剂、气体吸附的吸附剂、超级电容器的电极、锂离子电池或催化方面。本发明方法方便简单，非常适合于在工业上进行大规模生产。按照本发明制备的功能石墨烯材料具有超大比表面积和孔容、分级多孔结构、高的有机蒸汽吸附量、优异的电化学性能以及良好的循环稳定性，从而可以将其应用在环境和能源等领域。
【IPC分类】C01B31/04, B01J20/20, H01G11/32
【公开号】CN105253879
【申请号】CN201510816672
【发明人】韩宝航, 隋竹银
【申请人】国家纳米科学中心
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年11月23日