CN102107868A - 一种多孔石墨烯材料的制备方法 - Google Patents

一种多孔石墨烯材料的制备方法 Download PDF

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魏彤
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赵乾坤
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Abstract

本发明提供的是一种多孔石墨烯材料的制备方法。(1)将金属氧化物的纳米颗粒分散在溶剂中；(2)将石墨化催化剂的可溶性盐及聚合物加入步骤(1)得到的产物中，均匀混合；(3)将步骤(2)得到的产物加热抽真空去除溶剂；(4)将步骤(3)所得产物于惰性气氛下在500-1000℃温度下热处理0.5-400min，冷却后收集固体产物；(5)用稀酸处理固体产物将催化剂以及金属氧化物纳米颗粒溶解除去，即得多孔石墨烯材料。用本发明的方法制备的多孔石墨烯材料含氧量低、石墨化度高、在石墨烯片层分布直径大于2nm的孔洞。制备方法简单、原料易得、可以批量制备、容易实现工业化生产。

Description

一种多孔石墨烯材料的制备方法
技术领域
本发明涉及的是一种纳米材料的制备方法，具体涉及一种批量制备多孔石墨烯的方法。
背景技术
石墨烯材料是由单层石墨组成的纳米级石墨材料，由于具有优异的导电性、导热性及力学性能，在纳米器件、导热、导电及储能领域有着巨大的潜在应用价值，石墨烯材料的理论比表面积高达2600m2/g，具有突出的导热性能(3000W/(m·K))和力学性能(1060GPa)，以及室温下高速的电子迁移率(15000cm2/(V·s))。多孔石墨烯是在石墨烯的片层中通过物理或化学的方法制造一些具有纳米尺寸的孔洞，这种结构使得石墨烯在做为能源、催化或者吸附材料时，不仅具有很高的比表面积，同时还有很好的传质效应，充分发挥这种二维纳米片层材料的优势，目前关于多孔石墨烯的制备还少有报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能制备出含氧量低、石墨化度高、在石墨烯片层分布直径大于2nm的孔洞的多孔石墨烯材料，而且原料成本低、工艺简单、易于批量生产的多孔石墨烯材料的制备方法。
本发明的目的是这样实现的：
(1)将金属氧化物的纳米颗粒分散在溶剂中；
(2)将石墨化催化剂的可溶性盐及聚合物加入步骤(1)得到的产物中，均匀混合；
(3)将步骤(2)得到的产物加热抽真空去除溶剂；
(4)将步骤(3)所得产物于惰性气氛下在500-1000℃温度下热处理0.5-400min，冷却后收集固体产物；
(5)用稀酸处理固体产物将催化剂以及金属氧化物纳米颗粒溶解除去，即得多孔石墨烯材料。
本发明还可以包括：
1、所述的金属氧化物的纳米颗粒为碱土金属氧化物、稀土金属氧化物高温不易分解和被还原的金属氧化物纳米颗粒其中的任意一种或两种以上。
2、所述的聚合物为热塑性聚合物、热固性聚合物、热塑性聚合物的共混物、热固性聚合物的共混物或者热固性聚合物和热塑性聚合物的混合物；
3、所述的石墨化催化剂的可溶性盐包括Ni、Co、Fe、Pt、Au、Cu、Mn、Mo、Ti、V的氯化物、硝酸盐或者硫酸盐中的至少一种；
4、所述的金属氧化物纳米颗粒的粒径为2-200nm；
5、所述的金属氧化物纳米颗粒与溶剂的重量比为1∶10-1000；
6、金属氧化物、石墨化催化剂和聚合物重量比为0.001-0.1∶0.001-1∶1；
7、所述热处理可通过感应加热、辐射热能、激光、红外、微波、等离子体、紫外线等加热进行所述的热处理。
本发明提供了一种批量制备多孔石墨烯材料的方法。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
用本发明的方法制备的多孔石墨烯材料含氧量低、石墨化度高、在石墨烯片层分布直径大于2nm的孔洞。制备方法简单、原料易得、可以批量制备、容易实现工业化生产。
附图说明
附图为本发明实施例5所制备的多孔石墨烯材料的透射电镜照片。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明：
实施例1
将平均粒径10nm的MgO颗粒以重量比1∶10的比例通过超声分散在四氢呋喃中制备分散液，将CoCl2与聚丙烯按MgO∶CoCl2∶聚丙烯重量比0.001∶0.001∶1的比例混合均匀，抽真空去除溶剂后置于惰性气氛氮气中400℃热处理300分钟，冷却后，收集固体，置于稀盐酸中充分洗涤，过滤水洗至中性，烘干既得多孔石墨烯材料。
实施例2
将平均粒径为2nm的CaO颗粒以重量比1∶100的比例通过超声分散在四氢呋喃中制备分散液，将NiSO4与聚乙烯按CaO∶NiSO4∶聚乙烯重量比为0.01∶0.005∶1的比例混合均匀，抽真空去除溶剂后置于惰性气氛氮气中1000℃热处理0.5分钟，冷却后，收集固体，置于稀盐酸中充分洗涤，过滤水洗至中性，烘干既得多孔石墨烯材料。
实施例3
将平均粒径为200nm的CeO2颗粒以重量比1∶1000的比例通过超声分散在氮、氮二甲基甲酰胺中制备分散液，将FeSO4与聚苯乙烯按CeO2∶FeSO4∶聚苯乙烯重量比为0.01∶1∶1的比例混合均匀，抽真空去除溶剂后置于惰性气氛氮气中600℃热处理50分钟，冷却后，收集固体，置于稀盐酸中充分洗涤，过滤水洗至中性，烘干既得多孔石墨烯材料。
实施例4
将平均粒径为50nm的La2O3颗粒以重量比1∶500的比例通过超声分散在乙醇中制备分散液，将Cu(NO3)2与环氧树脂按La2O3∶Cu(NO3)2∶环氧树脂重量比为0.1∶0.1∶1的比例混合均匀，抽真空去除溶剂后置于惰性气氛氮气中800℃热处理10分钟，冷却后，收集固体，置于稀盐酸中充分洗涤，过滤水洗至中性，烘干既得多孔石墨烯材料。
实施例5
将平均粒径为50nm的CaO颗粒以重量比1∶500的比例通过超声分散在四氢呋喃中制备分散液，将Ni(NO3)2与聚丙烯和聚苯乙烯的混合物按CaO∶Ni(NO3)2∶聚合物(其中聚丙烯和聚苯乙烯的重量比为1∶1)重量比为0.01∶0.5∶1的比例混合均匀，抽真空去除溶剂后置于惰性气氛氮气中700℃热处理10分钟，冷却后，收集固体，置于稀盐酸中充分洗涤，过滤水洗至中性，烘干既得多孔石墨烯材料。

Claims (7)

1.一种多孔石墨烯材料的制备方法，其特征是：
(1)将金属氧化物的纳米颗粒分散在溶剂中；
(2)将石墨化催化剂的可溶性盐及聚合物加入步骤(1)得到的产物中，均匀混合；
(3)将步骤(2)得到的产物加热抽真空去除溶剂；
(4)将步骤(3)所得产物于惰性气氛下在500-1000℃温度下热处理0.5-400min，冷却后收集固体产物；
(5)用稀酸处理固体产物将催化剂以及金属氧化物纳米颗粒溶解除去，即得多孔石墨烯材料。
2.根据权利要求1所述的多孔石墨烯材料的制备方法，其特征是：所述的金属氧化物的纳米颗粒为碱土金属氧化物、稀土金属氧化物高温不易分解和被还原的金属氧化物纳米颗粒其中的任意一种或两种以上。
3.根据权利要求2所述的多孔石墨烯材料的制备方法，其特征是：所述的聚合物为热塑性聚合物、热固性聚合物、热塑性聚合物的共混物、热固性聚合物的共混物或者热固性聚合物和热塑性聚合物的混合物；
4.根据权利要求3所述的多孔石墨烯材料的制备方法，其特征是：所述的石墨化催化剂的可溶性盐包括Ni、Co、Fe、Pt、Au、Cu、Mn、Mo、Ti、V的氯化物、硝酸盐或者硫酸盐中的至少一种；
5.根据权利要求4所述的多孔石墨烯材料的制备方法，其特征是：所述的金属氧化物纳米颗粒的粒径为2-200nm；
6.根据权利要求5所述的多孔石墨烯材料的制备方法，其特征是：所述的金属氧化物纳米颗粒与溶剂的重量比为1∶10-1000；
7.根据权利要求6所述的多孔石墨烯材料的制备方法，其特征是：金属氧化物、石墨化催化剂和聚合物重量比为0.001-0.1∶0.001-1∶1。
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