CN103395778B - 面内网孔结构石墨烯及其制备方法 - Google Patents

面内网孔结构石墨烯及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及面内网孔结构石墨烯及其制备方法，其为以下制备方法得到的产物，包括有以下步骤：1）将氧化石墨，氧化剂，超声波辐射条件下，水浴处理，过滤收集，用去离子水分散所得固体，反复过滤收集，然后真空干燥，得到面内网孔结构石墨烯氧化物；2）向面内网孔结构石墨烯氧化物中加入还原剂进行水浴处理，还原得到面内网孔结构石墨烯，本发明所制备的新型面内网孔结构石墨烯，具有大量的面内网孔和丰富的表面含氧活性官能团。这些网孔的存在为分子和离子在体相内的渗透迁移提供了大量的物理化学吸附和传质的界面和通道，对溶液可加工纳米材料制备，均相复合材料制备和高活性电化学电极制备具有重要的应用价值。

Description

面内网孔结构石墨烯及其制备方法
技术领域
本发明涉及面内网孔结构石墨烯及其制备方法。
背景技术
石墨烯的二维平面单原子层结构赋予其极大的比表面积，但是相较于以网络结构缠绕在一起的碳纳米管宏观体而言，石墨烯宏观体往往以致密的堆叠状态存在，这对于石墨烯的收集、分散和复合等极为困难，此外，紧密的结构使得物质在石墨烯聚集体中的迁移和存储能力受限，从而导致其材料的界面吸附能力和复合材料机械性能不理想，严重的限制了石墨烯潜在优势在实际应用中的发挥。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提供一种面内网孔结构石墨烯及其制备方法，通过化学刻蚀方法，在石墨烯表面进行可控孔结构生长，以获得从0.3纳米至200纳米的各种孔尺寸可调石墨烯面内孔结构。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：面内网孔结构石墨烯，其为以下制备方法得到的产物，包括有以下步骤：
1）将氧化石墨1份，氧化剂2～50份，在50～500瓦，25-80kHz频率超声波辐射条件下，水浴处理，过滤收集，用去离子水分散所得固体，反复过滤收集1～10次，然后在-60～180摄氏度真空干燥，得到面内网孔结构石墨烯氧化物；
2）向面内网孔结构石墨烯氧化物中加入0.1～10份还原剂进行水浴处理，还原得到面内网孔结构石墨烯。
按上述方案，步骤1）所述的水浴处理是指在0～80℃水浴下处理10～480分钟。
按上述方案，步骤2）所述的水浴处理是指在95℃水浴下处理5分钟～24小时。
按上述方案，所述的氧化剂为硝酸、高锰酸钾、重铬酸钾和过氧化氢中的任意一种或它们的混合。
按上述方案，所述的还原剂为硼氢化钠、水合肼、乙二胺、硫代硫酸钠、葡萄糖、亚硫酸钠和硫酸亚铁中的任意一种或它们的混合。
面内网孔结构石墨烯的制备方法，包括有以下步骤：
1）将氧化石墨1份，氧化剂2～50份，在50～500瓦，25-80kHz频率超声波辐射条件下，水浴处理，过滤收集，用去离子水分散所得固体，反复过滤收集1～10次，然后在-60～180摄氏度真空干燥，得到面内网孔结构石墨烯氧化物；
2）向面内网孔结构石墨烯氧化物中加入0.1～10份还原剂进行水浴处理，还原得到面内网孔结构石墨烯。
本发明制备了一种新型的具有面内网孔结构的石墨烯纳米材料，从氧化石墨表面的含氧位点缺陷出发，利用其化学反应活性高于共轭六元环结构的特点进行选择性刻蚀，扩展缺陷尺寸，获得从0.3纳米至200纳米尺寸范围可调的面内网孔结构石墨烯纳米材料，其孔结构丰富，其具有一般化学还原试剂无法完全去除的表面含氧基团，这些基团使得网孔结构石墨烯不易于聚集，能够在常用有机溶剂中良好分散。
本发明所制备的新型面内网孔结构石墨烯与传统的石墨烯相比，具有大量的面内网孔和丰富的表面含氧活性官能团。这些网孔的存在为分子和离子在体相内的渗透迁移提供了大量的物理化学吸附和传质的界面和通道，对溶液可加工纳米材料制备，均相复合材料制备和高活性电化学电极制备具有重要的应用价值。
附图说明
图1为面内网孔结构石墨烯投射电子显微镜图片，左下角标尺为20纳米。
具体实施方式
为了更好的阐述本发明的内容，下面将通过具体的实例来说明面内网孔结构石墨烯的制备，但本发明的内容不仅仅限于下面的实施例。
实施例1
含有氧化石墨10mg和硝酸100mg的200mL水溶液，在120瓦，40kHz频率超声波辐射条件下，于25摄氏度温度水浴下处理120分钟，过滤收集，用去离子水分散所收集固体，反复过滤收集3次，常温真空干燥，得到面内网孔结构石墨烯氧化物，通过100mg肼在95摄氏度水浴1小时，还原得到面内网孔结构石墨烯。
通过对氧化石墨表面进行选择性刻蚀获得然后经过还原处理，所制备的面内网孔结构石墨烯具有的结构如图1所示：最大的面内孔尺寸达到40纳米，其右侧分布的孔有10纳米，20纳米直径孔结构。
本发明面内网孔结构石墨烯材料的性能：采用实施例1所得的面内网孔结构石墨烯进行测试的数据：
实施例2
含有氧化石墨10mg和高锰酸钾30mg的200mL水溶液，在50瓦，40kHz频率超声波辐射条件下，于25摄氏度温度水浴下处理60分钟，过滤收集，用去离子水分散所收集固体，反复过滤收集5次，-40摄氏度真空干燥，得到面内网孔结构石墨烯氧化物，通过100mg肼在95摄氏度水浴1小时，还原得到面内网孔结构石墨烯。
本发明面内网孔结构石墨烯材料的性能：采用实施例2所得的面内网孔结构石墨烯进行测试的数据：
实施例3
含有氧化石墨10mg和重铬酸钾20mg的200mL水溶液，在50瓦，25kHz频率超声波辐射条件下，于0摄氏度温度水浴下处理60分钟，过滤收集，用去离子水分散所收集固体，反复过滤收集5次，-40摄氏度真空干燥，得到面内网孔结构石墨烯氧化物，通过100mg硼氢化钠在95摄氏度水浴5分钟，还原得到面内网孔结构石墨烯。
本发明面内网孔结构石墨烯材料的性能：采用实施例3所得的面内网孔结构石墨烯进行测试的数据：
实施例4
含有氧化石墨10mg和过氧化氢500mg的200mL水溶液，在500瓦，80kHz频率超声波辐射条件下，于0摄氏度温度水浴下处理240分钟，过滤收集，用去离子水分散所收集固体，反复过滤收集5次，80摄氏度真空干燥，得到面内网孔结构石墨烯氧化物，通过1mg乙二胺在95摄氏度水浴12小时，还原得到面内网孔结构石墨烯。
本发明面内网孔结构石墨烯材料的性能：采用实施例4所得的面内网孔结构石墨烯进行测试的数据：
实施例5
含有氧化石墨10mg和过氧化氢500mg的200mL水溶液，在300瓦，80kHz频率超声波辐射条件下，于0摄氏度温度水浴下处理240分钟，过滤收集，用去离子水分散所收集固体，反复过滤收集5次，80摄氏度真空干燥，得到面内网孔结构石墨烯氧化物，通过100mg葡萄糖在95摄氏度水浴24小时，还原得到面内网孔结构石墨烯。
本发明面内网孔结构石墨烯材料的性能：采用实施例5所得的面内网孔结构石墨烯进行测试的数据：
实施例6
含有氧化石墨10mg和过氧化氢500mg的200mL水溶液，在500瓦，80kHz频率超声波辐射条件下，于0摄氏度温度水浴下处理240分钟，过滤收集，用去离子水分散所收集固体，反复过滤收集5次，80摄氏度真空干燥，得到面内网孔结构石墨烯氧化物，通过10mg硫代硫酸钠在95摄氏度水浴24小时，还原得到面内网孔结构石墨烯。
本发明面内网孔结构石墨烯材料的性能：采用实施例6所得的面内网孔结构石墨烯进行测试的数据：

Claims (6)

1.面内网孔结构石墨烯，其为以下制备方法得到的产物，包括有以下步骤：
1)将氧化石墨1份，氧化剂2～50份，在50～500瓦，25-80kHz频率超声波辐射条件下，水浴处理，过滤收集，用去离子水分散所得固体，反复过滤收集1～10次，然后在-60～180摄氏度真空干燥，得到面内网孔结构石墨烯氧化物；所述的氧化剂为硝酸、高锰酸钾、重铬酸钾和过氧化氢中的任意一种或它们的混合；
2)向面内网孔结构石墨烯氧化物中加入0.1～10份还原剂进行水浴处理，所述的还原剂为硼氢化钠、水合肼、乙二胺、硫代硫酸钠、葡萄糖、亚硫酸钠和硫酸亚铁中的任意一种或它们的混合；还原得到面内网孔结构石墨烯。
2.按权利要求1所述的面内网孔结构石墨烯，其特征在于步骤1)所述的水浴处理是指在0～80℃水浴下处理10～480分钟。
3.按权利要求1或2所述的面内网孔结构石墨烯，其特征在于步骤2)所述的水浴处理是指在95℃水浴下处理5分钟～24小时。
4.权利要求1所述的面内网孔结构石墨烯的制备方法，包括有以下步骤：
1)将氧化石墨1份，氧化剂2～50份，在50～500瓦，25-80kHz频率超声波辐射条件下，水浴处理，过滤收集，用去离子水分散所得固体，反复过滤收集1～10次，然后在-60～180摄氏度真空干燥，得到面内网孔结构石墨烯氧化物；所述的氧化剂为硝酸、高锰酸钾、重铬酸钾和过氧化氢中的任意一种或它们的混合；
2)向面内网孔结构石墨烯氧化物中加入0.1～10份还原剂进行水浴处理，所述的还原剂为硼氢化钠、水合肼、乙二胺、硫代硫酸钠、葡萄糖、亚硫酸钠和硫酸亚铁中的任意一种或它们的混合；还原得到面内网孔结构石墨烯。
5.按权利要求4所述的面内网孔结构石墨烯的制备方法，其特征在于步骤1)所述的水浴处理是指在0～80℃水浴下处理10～480分钟。
6.按权利要求4或5所述的面内网孔结构石墨烯的制备方法，其特征在于步骤2)所述的水浴处理是指在95℃水浴下处理5分钟～24小时。
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