CN103342348B - 一种石墨烯/炭微球复合材料的制备方法 - Google Patents

一种石墨烯/炭微球复合材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103342348B
CN103342348B CN201310235331.9A CN201310235331A CN103342348B CN 103342348 B CN103342348 B CN 103342348B CN 201310235331 A CN201310235331 A CN 201310235331A CN 103342348 B CN103342348 B CN 103342348B
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphene
graphite oxide
temperature
time
microsphere composite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201310235331.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103342348A (zh
Inventor
吴明铂
李玲燕
滕传亮
郭宁
李士斌
郑经堂
吴文婷
王月
谭明慧
江波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China University of Petroleum East China
Original Assignee
China University of Petroleum East China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China University of Petroleum East China filed Critical China University of Petroleum East China
Priority to CN201310235331.9A priority Critical patent/CN103342348B/zh
Publication of CN103342348A publication Critical patent/CN103342348A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103342348B publication Critical patent/CN103342348B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13—Energy storage using capacitors

Abstract

本发明属于材料和电化学技术领域，具体地，涉及一种石墨烯/炭微球复合材料的制备方法。以水溶性淀粉和氧化石墨为原料，先后经淀粉水解,超声分散氧化石墨,两步升温合成炭微球,再经炭化活化，制得电化学性能优异的石墨烯/炭微球复合材料。加入氧化石墨目的在于提高石墨烯/炭微球复合材料的电化学性能。本发明的效果和益处是通过加入氧化石墨制备石墨烯/炭微球复合材料，可显著提高炭微球的电化学性能，方法简单且加入微量氧化石墨即有显著效果。所制电化学性能优异的石墨烯/炭微球复合材料在超级电容器等电化学领域具有广阔的应用前景。

Description

一种石墨烯/炭微球复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于材料和电化学领域，涉及一种石墨烯/炭微球复合材料的制备方法，以水溶性淀粉和氧化石墨为原料，先后经淀粉水解、超声分散氧化石墨、两步升温合成炭微球、炭化活化、洗涤，制得电化学性能优异的石墨烯/炭微球复合材料。
背景技术
炭材料是与人类文明进步息息相关的重要材料之一，具有形态多样、耐热、耐腐蚀、导电、导热等一系列优点。炭微球、石墨烯等各种新型功能性炭材料的制备、应用和性能调控是目前研究的热点之一。
炭微球作为一种新型功能炭材料，是大小分布在几个纳米到几十个微米之间的球形或椭球形炭微粒。炭微球具有极好的化学和热稳定性、良好的导热导电性，其规整的球形结构有利于液相反应物与产物的传质，因此在气体储存、催化载体、燃料电池、药物输送、电极材料等新技术领域有很好的应用前景。
水热合成法是一种以水为溶剂，在一定温度(＞100oC)、压力(＞9.8MPa)下，使反应体系达到一种亚临界或超临界流体状态，以促进常温常压下反应速度慢的物质快速反应的方法。相对于其它合成方法，水热合成法制备炭材料最大的优点是条件温和，所得产品表面化学官能团丰富，利于后续改性。
石墨烯的合成方法主要有机械法和化学法两种。前者主要包括微机械分离法、取向附生法—晶膜生长和加热SiC的方法等；后者主要包括化学分散法、化学气相沉积法、溶剂剥离法、溶剂热法等。
本发明的效果和益处是通过向淀粉水解液中加入氧化石墨制备淀粉基石墨烯/炭微球复合材料，制备方法简单且加入微量氧化石墨即可显著提高复合材料的电化学性能。本发明的实施，还可为淀粉的高附加值利用开辟一条新途径，所制石墨烯/炭微球复合材料在电化学超级电容器等领域具有很好的应用前景。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明目的是提供一种石墨烯/炭微球复合材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用下述方案：
一种石墨烯/炭微球复合材料的制备方法，先后经淀粉水解、超声分散氧化石墨、两步升温合成炭微球、炭化活化、洗涤制得电化学性能优异的石墨烯/炭微球复合材料，具体制备方法如下：
(1)、将水溶性淀粉置于水热反应釜中的密闭容器，密封，然后置于一定温度电热箱中，保持一段时间，取出水热反应釜，用自来水骤冷；
(2)、将密闭容器中的淀粉水解液置于锥形瓶中，并加入一定量氧化石墨，将锥形瓶置于超声发生器中超声分散一段时间；
(3)、将超声得到的混合物重新置于水热反应釜中的密闭容器中，置于一定温度的电热箱中，保持一段时间；然后再升温至200oC，保持一定时间，然后自然降温；
(4)、取出降至室温的物料，加入一定比例活化剂，置于一定温度的电热箱中进行干燥；
(5)、将干燥好的样品进行炭化活化，自然降温后取出；
(6)、充分洗涤炭化活化所得样品，即可制得电化学性能优异的石墨烯/炭微球复合材料。
该方法所制石墨烯/炭微球复合材料的电化学性能较好，其质量比电容可高达286.3F.g-1。与未加氧化石墨的炭微球相比，质量比电容显著提高。
具体实施方式
实施例1
将8g水溶性淀粉与16mL水充分混合置于水热反应釜中的密闭容器中，密封，然后将反应釜置于200oC电热箱中恒温保持2h。取出水热反应釜并用自来水骤冷，将密闭容器中的淀粉水解液移至锥形瓶中，加入0.032g氧化石墨，超声分散10h，然后将超声后的混合物重新置于密闭容器中，并置于140oC电热箱中，恒温保持2h，然后升温至200oC，恒温保持4h，然后自然降温。取出降至室温的物料加入24gH3PO4（85wt%），充分混合后置于110oC电热箱中进行干燥。干燥后的物料在氮气气氛下以10oC/min升温至400oC，恒温1h，然后再以10oC/min升温至800oC，恒温1h，进行炭化活化，然后自然降至室温后取出，再经100oC蒸馏水洗涤至pH=7，即可制得复合材料。所制复合材料质量比电容可达183.9F.g-1。
实施例2
将8g水溶性淀粉与16mL水充分混合置于水热反应釜中的密闭容器中，密封，然后将反应釜置于200oC电热箱中恒温保持2h。取出水热反应釜并用自来水骤冷，将密闭容器中的淀粉水解液移至锥形瓶中，加入0.016g氧化石墨，超声分散2h，然后将超声后的混合物重新置于密闭容器中，并置于160oC电热箱中，恒温保持6h，然后升温至200oC，恒温保持4h，然后自然降温。取出降至室温的物料加入16gH3PO4（85wt%），充分混合后置于110oC电热箱中进行干燥。干燥后的物料在氮气气氛下以10oC/min升温至400oC，恒温1h，然后再以10oC/min升温至800oC，恒温1h，进行炭化活化，然后自然降至室温后取出，再经100oC蒸馏水洗涤至pH=7，即可制得复合材料。所制复合材料质量比电容可达286.3F.g-1。
实施例3
将8g水溶性淀粉与16mL水充分混合置于水热反应釜中的密闭容器中，密封，然后将反应釜置于200oC电热箱中恒温保持2h。取出水热反应釜并用自来水骤冷，将密闭容器中的淀粉水解液移至锥形瓶中，加入0.016g氧化石墨，超声分散2h，然后将超声后的混合物重新置于密闭容器中，并置于180oC电热箱中，恒温保持10h，然后升温至200oC，恒温保持4h，然后自然降温。取出降至室温的物料加入8gH3PO4（85wt%），充分混合后置于110oC电热箱中进行干燥。干燥后的物料在氮气气氛下以10oC/min升温至400oC，恒温1h，然后再以10oC/min升温至800oC，恒温1h，进行炭化活化，然后自然降至室温后取出，再经100oC蒸馏水洗涤至pH=7，即可制得复合材料。所制复合材料质量比电容可达166.7F.g-1。
实施例4
将8g水溶性淀粉与16mL水充分混合置于水热反应釜中的密闭容器中，密封，然后将反应釜置于200oC电热箱中恒温保持2h。取出水热反应釜并用自来水骤冷，将密闭容器中的淀粉水解液移至锥形瓶中，加入0.048g氧化石墨，超声分散2h，然后将超声后的混合物重新置于密闭容器中，并置于120oC电热箱中，恒温保持2h，然后升温至200oC，恒温保持4h，然后自然降温。取出降至室温的物料加入16gH3PO4（85wt%），充分混合后置于110oC电热箱中进行干燥。干燥后的物料在氮气气氛下以10oC/min升温至400oC，恒温1h，然后再以10oC/min升温至800oC，恒温1h，进行炭化活化，然后自然降至室温后取出，再经100oC蒸馏水洗涤至pH=7，即可制得复合材料。所制复合材料质量比电容可达157.8F.g-1。
实施例5
将8g水溶性淀粉与16mL水充分混合置于水热反应釜中的密闭容器中，密封，然后将反应釜置于200oC电热箱中恒温保持2h。取出水热反应釜并用自来水骤冷，将密闭容器中的淀粉水解液移至锥形瓶中，加入0.048g氧化石墨，超声分散6h，然后将超声后的混合物重新置于密闭容器中，并置于140oC电热箱中，恒温保持2h，然后升温至200oC，恒温保持4h，然后自然降温。取出降至室温的物料加入16gH3PO4（85wt%），充分混合后置于110oC电热箱中进行干燥。干燥后的物料在氮气气氛下以10oC/min升温至400oC，恒温1h，然后再以10oC/min升温至800oC，恒温1h，进行炭化活化，然后自然降至室温后取出，再经100oC蒸馏水洗涤至pH=7，即可制得复合材料。所制复合材料质量比电容可达175.6F.g-1。
实施例6
将8g水溶性淀粉与16mL水充分混合置于水热反应釜中的密闭容器中，密封，然后将反应釜置于200oC电热箱中恒温保持2h。取出水热反应釜并用自来水骤冷，将密闭容器中的淀粉水解液移至锥形瓶中，加入0.016g氧化石墨，超声分散8h，然后将超声后的混合物重新置于密闭容器中，并置于160oC电热箱中，恒温保持6h，然后升温至200oC，恒温保持4h，然后自然降温。取出降至室温的物料加入32gH3PO4（85wt%），充分混合后置于110oC电热箱中进行干燥。干燥后的物料在氮气气氛下以10oC/min升温至400oC，恒温1h，然后再以10oC/min升温至800oC，恒温1h，进行炭化活化，然后自然降至室温后取出，再经100oC蒸馏水洗涤至pH=7，即可制得复合材料。所制复合材料质量比电容可达279.1F.g-1。

Claims (1)

1.一种石墨烯/炭微球复合材料的制备方法，以水溶性淀粉和氧化石墨为原料，先后经淀粉水解、超声分散氧化石墨、两步升温合成炭微球、炭化活化、洗涤制得石墨烯/炭微球复合材料，其特征在于，具体制备方法如下：
(1)、将水溶性淀粉置于水热反应釜中的密闭容器，密封，然后置于一定温度电热箱中，保持一段时间，取出水热反应釜，用自来水骤冷；
其中，淀粉水解温度为200oC，时间为2h；
(2)、将密闭容器中的淀粉水解液置于锥形瓶中，并加入一定量氧化石墨，将锥形瓶置于超声发生器中超声分散一段时间；
其中，加入氧化石墨的质量为淀粉水解液的质量的1-3‰，即超声分散后的氧化石墨烯的浓度为1-3mg/mL，对淀粉水解液和氧化石墨混合物进行超声分散的时间不低于2h；
(3)、将超声得到的混合物重新置于水热反应釜中的密闭容器中，置于一定温度的电热箱中，第一次升温至120-180oC，时间为2-10h；然后再第二次升温至200oC，时间为4h，然后自然降温；
(4)、取出降至室温的物料，加入一定比例活化剂，置于一定温度的电热箱中进行干燥；
其中，所用活化剂为质量分数为85%的H3PO4，加入的活化剂与原物料质量比为(2~4):1；
(5)、将干燥好的样品进行炭化活化，自然降温后取出；
其中，炭化活化在氮气保护下完成，400oC下恒温1h，继续升温至800oC，再恒温1h；
(6)、充分洗涤炭化活化所得样品，即可制得电化学性能优异的石墨烯/炭微球复合材料；
其中，炭化活化样品降温后需经100oC蒸馏水洗涤至pH=7。
CN201310235331.9A 2013-06-14 2013-06-14 一种石墨烯/炭微球复合材料的制备方法 Active CN103342348B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310235331.9A CN103342348B (zh) 2013-06-14 2013-06-14 一种石墨烯/炭微球复合材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310235331.9A CN103342348B (zh) 2013-06-14 2013-06-14 一种石墨烯/炭微球复合材料的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103342348A CN103342348A (zh) 2013-10-09
CN103342348B true CN103342348B (zh) 2015-12-09

Family

ID=49277191

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310235331.9A Active CN103342348B (zh) 2013-06-14 2013-06-14 一种石墨烯/炭微球复合材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103342348B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107959017A (zh) * 2017-12-24 2018-04-24 株洲市智汇知识产权运营服务有限责任公司 一种石墨烯/氧化锌包覆实心碳球锂离子电池负极材料及其制备方法
CN108183208A (zh) * 2017-12-24 2018-06-19 林荣铨 一种石墨烯/实心碳球锂离子电池负极材料制备方法及其制备方法

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103626151A (zh) * 2013-11-28 2014-03-12 复旦大学 一种石墨烯/碳复合材料的制备方法
CN103787321B (zh) * 2014-01-23 2016-01-20 广西师范大学 一种自支撑石墨烯材料及其制备方法
CN104310369B (zh) * 2014-09-28 2016-06-01 苏州长盛机电有限公司 一种超级电容用多孔炭的制备方法
CN104882295B (zh) * 2015-04-10 2018-03-27 北京科技大学 碳化脱脂棉/石墨烯复合材料的制备方法
CN105869912B (zh) * 2016-04-12 2018-06-15 湘潭大学 一种淀粉基均分散活性炭微球材料的制备方法及其应用
CN106693844A (zh) * 2017-02-22 2017-05-24 商洛学院 一种复合淀粉微球的制备方法
CN108129903B (zh) * 2017-12-25 2021-05-28 江苏晨光涂料有限公司 一种抗雾霾涂料用气凝胶及其制备方法
CN108047806B (zh) * 2017-12-25 2021-05-28 江苏晨光涂料有限公司 一种石墨烯/Ag-炭微球气凝胶涂料及其制备方法和应用
CN114873579A (zh) * 2022-05-10 2022-08-09 山东能源集团有限公司 一种复合炭微球、其制备方法及应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102050437A (zh) * 2009-10-29 2011-05-11 上海比亚迪有限公司 一种碳复合材料和其制备方法及应用
CN102509643A (zh) * 2011-11-29 2012-06-20 西北师范大学 石墨烯/碳球复合材料及其制备和应用
CN102544459A (zh) * 2012-01-09 2012-07-04 上海交通大学 氧化石墨烯包覆碳微球制备石墨烯包覆碳微球材料的方法
CN102826542A (zh) * 2012-09-14 2012-12-19 常州第六元素材料科技股份有限公司 一种具有中孔的高比表面活性石墨烯、其制备方法及其用途

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102050437A (zh) * 2009-10-29 2011-05-11 上海比亚迪有限公司 一种碳复合材料和其制备方法及应用
CN102509643A (zh) * 2011-11-29 2012-06-20 西北师范大学 石墨烯/碳球复合材料及其制备和应用
CN102544459A (zh) * 2012-01-09 2012-07-04 上海交通大学 氧化石墨烯包覆碳微球制备石墨烯包覆碳微球材料的方法
CN102826542A (zh) * 2012-09-14 2012-12-19 常州第六元素材料科技股份有限公司 一种具有中孔的高比表面活性石墨烯、其制备方法及其用途

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
尺寸可控空心碳球的水热合成;靳秀芝等;《稀有金属材料与工程》;20110630;参见第101页左栏第2段至第103页左栏第2段 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107959017A (zh) * 2017-12-24 2018-04-24 株洲市智汇知识产权运营服务有限责任公司 一种石墨烯/氧化锌包覆实心碳球锂离子电池负极材料及其制备方法
CN108183208A (zh) * 2017-12-24 2018-06-19 林荣铨 一种石墨烯/实心碳球锂离子电池负极材料制备方法及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN103342348A (zh) 2013-10-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103342348B (zh) 一种石墨烯/炭微球复合材料的制备方法
CN107403698B (zh) 一种利用生物质制备活性碳的方法及其制备的活性炭的应用
CN106180747B (zh) 一种钯铜二元合金纳米材料、其制备方法及其作为催化剂电催化还原co2的应用
CN101579637B (zh) 用于乙醇脱水制乙烯的分子筛型固体酸催化剂的制备方法
CN102637533B (zh) 含氮的石墨化空心碳微球的制备方法
CN105271203A (zh) 多孔共掺杂石墨烯及其制备方法
CN102903533A (zh) 一种多孔杂化NiO/Co3O4超级电容器电极材料的制备方法
CN107195483B (zh) 一种具有核壳结构的NiO/碳纳米球的制备方法
CN104045074B (zh) 一种淀粉基多孔中空碳微球及其制备方法
CN103773315B (zh) 一种烃类相变蓄热材料及以天然酸为原料的制备方法
CN103288080A (zh) 一种制备中孔率高、吸附性强的生态炭方法
CN101439883B (zh) Nb2O5一维纳米材料及其制备方法
CN109110759A (zh) 一种氮、硼共掺杂多孔碳材料的制备方法
CN108671960A (zh) 一种高水热稳定性MOFs催化剂、制备及用于纤维素转化制备化学品的方法
CN105498781A (zh) 一种焦炉气甲烷化催化剂及其制备方法和应用
CN106395742A (zh) 一种储氢复合材料MgH2‑Ni‑rGO及其制备方法
CN104326470A (zh) 由羧甲基纤维素制备高比表面积微米级球形活性炭的方法
CN103611550B (zh) 一种二硫化钼-偏钒酸银复合纳米光催化剂的制备方法
CN103043646A (zh) 一种小尺寸实心碳球的制备方法及制备得到的碳球
CN101530801A (zh) 一种碳纳米管负载镍催化剂及其制备方法与应用
CN107511391A (zh) 一种固体废弃物的处理方法及装置
CN101891597A (zh) 一种具有多级反应的二甲醚生产方法
CN103102870B (zh) 一种相变材料及以天然酸为原料的制备方法
CN103102868B (zh) 一种烃类相变蓄热材料及以天然酸为原料的制备方法
CN102921429A (zh) 一种煤制天然气催化剂及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant