一种多孔石墨烯的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种多孔石墨烯的制备方法，属于石墨烯超电容材料技术领域。本发明技术方案包括：在氧化石墨烯的水溶液中加不同比例的双氧水，然后再加入一定量的离子液，充分搅拌均匀后，水热反应得到石墨烯凝胶，冻干处理后得到多孔石墨烯。本发明制备的多孔石墨烯材料比表面积大，并且制备过程简单，在超级电容器，污水处理，吸油等领域有广阔的应用前景。
【专利说明】
一种多孔石墨烯的制备方法
技术领域
[0001 ]本发明属于石墨稀超电容材料技术领域，具体涉及一种多孔石墨稀的制备方法。
【背景技术】
[0002]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。石墨烯中所有碳原子以SP2形式杂化形成六边形结构单元，同时每个碳原子中P轨道的未成键电子在整个体系内共轭，形成大Π键;这种结合方式同离子液中具有的Π键形成Π - Π共轭。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种多孔石墨烯的制备方法，将氧化石墨烯与过氧化氢、离子液均匀混合，通过水热反应得到多孔石墨烯，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。
[0004]为实现上述目的，采用的技术方案如下:
[0005]—种多孔石墨烯的制备方法，包括以下步骤:
[0006](I)将氧化石墨烯溶于水中，超声分散形成氧化石墨烯分散液，然后滴加过氧化氢溶液并充分搅拌；
[0007](2)向步骤(I)的混合液中滴加离子液，并充分搅拌；
[0008](3)将步骤(2)得到的混合液转移到水热反应釜中，通过水热反应得到多孔石墨烯凝胶；
[0009](4)将步骤(3)水热反应得到的凝胶进行冻干处理，即得所述多孔石墨烯。
[0010]优选的，步骤(I)所述的氧化石墨稀是以鳞片石墨为原料，通过传统的hummers方法或对其改进的两步法制备得到的。
[0011]优选的，步骤(I)所述的氧化石墨烯的分散浓度为1-lOmg/mL，过氧化氢与氧化石墨稀的质量比为(0.1-1):1。
[0012]优选的，步骤(2)所述的离子液与氧化石墨烯的质量比为(0.1-0.6):1。
[0013]优选的，步骤(2)所述的离子液为1-丁基-3-甲基咪唑L乳酸盐、I，2-乙二胺三氟甲磺酸盐和I，2_乙二胺硝酸盐中的一种或多种。
[0014]优选的，步骤(I)和(2)中搅拌的时间为0.5-2h。
[0015]优选的，步骤(3)所述的水热反应时间为8_20h，温度为110 °C -180 °C。
[0016]本发明的有益效果:
[0017]本发明的制备方法条件温和、过程简单;在氧化石墨烯的溶液中加入了离子液，利用离子液具有的Π键结构与石墨烯结构的特点，形成了 Π-Π共轭，增大了石墨烯在水热过程中孔的形成，另外又加入了过氧化氢，使得在石墨烯片中形成微孔，故制得的多孔石墨烯孔径较小，达到856m2/g，具有优良的电化学性能，在超级电容器、污水处理、吸油等领域有广阔的应用前景。
【附图说明】
[0018]图1为实施例1中多孔石墨烯的制备流程图。
[0019]图2为实施例1中多孔石墨烯放大不同倍数的SEM图。
[0020]图3为实施例1中多孔石墨烯与石墨烯、氧化石墨烯的XRD分析。
【具体实施方式】
[0021]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。
[0022]实施例1
[0023]本实施例中所用的氧化石墨稀是以鳞片石墨为原料，通过传统的hummers方法制备得到的;离子液为1-丁基-3-甲基咪唑L乳酸盐，制备多孔石墨烯:
[0024]步骤1:称取400mg冻干的氧化石墨烯GO粉末，溶解到40mL蒸馏水中，超声分散Ih，形成氧化石墨烯水溶液，逐滴滴加质量浓度为30 %的过氧化氢溶液ImL，并充分搅拌2h;
[0025]步骤2:向步骤I得到的分散液中再逐滴滴加200mg的1-丁基-3-甲基咪唑L乳酸盐离子液，并充分搅拌2h ；
[0026]步骤3:将步骤2得到的混合液转移到50mL水热反应釜中，140 °C反应12小时；
[0027]步骤4:将步骤3水热反应得到的凝胶进行冻干处理，即得所述多孔石墨烯。
[0028]对得到的多孔石墨烯进行表征，分析如下，得到的多孔石墨烯的比表面积达到856m2/g，而公开号为CN 104085881 A公开的制备三维石墨烯的比表面积才达到780m2/g，这在石墨烯材料制备中算是比较高的比表面积数值；图1示意的是这种多孔石墨烯的制备过程；图2是对样品进行的形貌表征，从A图中我们可以清晰的看到此种方法制备得到的石墨烯材料三维孔结构比较明显，B图中可以看到孔的尺寸也比较均匀；图3是对这种多孔石墨烯材料与氧化石墨烯以及还原氧化石墨烯材料的一个XRD数据分析，我们可以看到，得到的材料不仅具有石墨烯的特征峰，另外还表明离子液在其中起到了关键的作用。
[0029]实施例2
[0030]本实施例中所用的氧化石墨稀是以鳞片石墨为原料，通过传统的hummers方法制备得到的;所用的离子液为I，2-乙二胺硝酸盐，制备多孔石墨烯材料:
[0031]步骤1:称取400mg冻干的GO粉末，溶解到40mL蒸馏水中，超声分散lh，使之充分分散，形成氧化石墨烯水溶液，逐滴滴加质量浓度为30 %的过氧化氢溶液ImL;并充分搅拌2h;
[0032]步骤2:向步骤I得到的分散液中再逐滴加200mg的I，2_乙二胺硝酸盐离子液，并充分搅拌2h;
[0033 ] 步骤3:将上述步骤得到的混合液转移到50mL水热反应釜中，140 °C反应14小时；
[0034]步骤4:将步骤3水热反应得到的凝胶进行冻干处理，即得所述多孔石墨烯。
[0035]实施例3
[0036]本实施例中所用的氧化石墨稀是以鳞片石墨为原料，通过W.S.Hummers Jr.,R.E.0ffeman,Preparat1n of graphitic oxide，J.Am.Chem.Soc.80(6) (1958) 1339所报道的改进的两步法制备得到的；所用的离子液为I，2-乙二胺三氟甲磺酸盐，制备多孔石墨稀材料:
[0037]步骤1:称取400mg冻干的GO粉末，溶解到40mL蒸馏水中，超声分散lh，使之充分分散，形成氧化石墨烯水溶液，逐滴滴加质量浓度为30 %的过氧化氢溶液ImL，并充分搅拌2h;
[0038]步骤2:向步骤I得到的分散液中再逐滴加240mg的I，2_乙二胺三氟甲磺酸盐离子液，并充分搅拌2h;
[0039 ] 步骤3:将上述步骤得到的混合液转移到50mL水热反应釜中，160 °C反应8小时；
[0040]步骤4:将步骤3水热反应得到的凝胶进行冻干处理，即得所述多孔石墨烯。
[0041 ] 实施例4
[0042]本实施例中所用的氧化石墨稀是以鳞片石墨为原料，通过传统的hummers方法制备得到的;所用的离子液为1-丁基-3-甲基咪唑L乳酸盐，制备多孔石墨烯材料:
[0043]步骤1:称取400mg冻干的GO粉末，溶解到40mL蒸馏水中，超声分散lh，使之充分分散，形成氧化石墨烯水溶液，逐滴滴加质量浓度为30 %的过氧化氢溶液0.5mL，并充分搅拌2h；
[0044]步骤2:向步骤I得到的分散液中再逐滴加240mg的1-丁基-3-甲基咪唑L乳酸盐离子液;并充分搅拌2h ；
[0045]步骤3:将上述步骤得到的混合液转移到50mL水热反应釜中，140 °C反应1小时；
[0046]步骤4:将步骤3水热反应得到的凝胶进行冻干处理，即得所述多孔石墨烯。
【主权项】
1.一种多孔石墨烯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)将氧化石墨烯溶于水中，超声分散形成氧化石墨烯分散液，然后滴加过氧化氢溶液并充分搅拌； (2)向步骤(I)的混合液中滴加离子液，并充分搅拌； (3)将步骤(2)得到的混合液转移到水热反应釜中，通过水热反应得到多孔石墨烯凝胶； (4)将步骤(3)水热反应得到的凝胶进行冻干处理，即得所述多孔石墨烯。2.根据权利要求1所述的一种多孔石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤(I)所述的氧化石墨稀是以鳞片石墨为原料，通过传统的hu_ers方法或对其改进的两步法制备得到的。3.根据权利要求1所述的一种多孔石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤(I)所述的氧化石墨烯的分散浓度为1-lOmg/mL，过氧化氢与氧化石墨烯的质量比为(0.1-1):1。4.根据权利要求1所述的一种多孔石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的离子液与氧化石墨烯的质量比为(0.1-0.6):1。5.根据权利要求1所述的一种多孔石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的离子液为1-丁基-3-甲基咪唑L乳酸盐，I，2-乙二胺三氟甲磺酸盐和I，2_乙二胺硝酸盐中的一种或多种。6.根据权利要求1所述的一种多孔石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤(I)和(2)中搅拌的时间为0.5-2h。7.根据权利要求1所述的一种多孔石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述的水热反应时间为8-2011，温度为110°(:-180°(:。
【文档编号】C01B31/04GK105923627SQ201610398481
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月7日
【发明人】闵永刚, 马寸亮, 朱祎祎, 肖壮清, 张栋
【申请人】南京邮电大学