CN103896256A - 一种石墨烯凝胶的制备方法 - Google Patents

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周明杰
吴凤
王要兵
袁新生
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Abstract

本发明属于石墨烯领域，其公开了一种石墨烯凝胶的制备方法，包括如下步骤：将氧化石墨加入溶剂中超声分散，配置氧化石墨烯悬浮液；将氧化石墨烯悬浮液放入反应器中，密封好后，进行加热加压反应，得到石墨烯湿凝胶；将所述石墨烯湿凝胶加热加压处理，得到干燥的石墨烯凝胶。本发明提供的石墨烯凝胶的制备方法，通过利用超临界溶剂的特点，制备石墨烯凝胶与干燥石墨烯凝胶，都在反应釜中进行，较为方便。将溶剂加热到其超临界点干燥时，消除石墨烯凝胶排除溶剂时存在的毛细管力，避免了排除溶剂时引起石墨烯凝胶结构的坍塌。

Description

一种石墨烯凝胶的制备方法
技术领域
本发明涉及石墨烯领域，尤其涉及一种石墨烯凝胶的制备方法。
背景技术
超级电容器是一种具有高比能量和较长使用寿命的能量存储装置,作为备用电源广泛应用于混合动力汽车、数字通信系统、计算机和脉冲激光系统等。超级电容器研究的一个关键问题就是开发高性能的电极材料。
单层石墨由于其大的比表面积，优良的导电、导热性能和低的热膨胀系数而被认为是理想的材料。如：①高强度，杨氏摩尔量，(1,100GPa)，断裂强度：(125GPa)；②高热导率，(5,000W/mK)；③高导电性、载流子传输率，(200,000cm2/V·s)；④高的比表面积，(理论计算值：2,630m2/g)。尤其是其高导电性质，大的比表面性质和其单分子层二维的纳米尺度的结构性质，可在超级电容器和锂离子电池中用作电极材料。
石墨烯是由sp2杂化碳原子组成的具有蜂窝状结构且仅仅为单个原子层厚度的二维薄片。气凝胶是采用特殊工艺把湿凝胶中的液体用气体置换而不显著改变凝胶网络的结构和体积而得到的具有低密度和高比表面积的高度多孔性纳米材料。实现以石墨烯为骨架单元的气凝胶的合成，既提供了一种二维石墨烯的三维集成与组装方法，又赋予了石墨烯以气凝胶形式存在时所特有的性能。
发明内容
本发明目的在于提供了一种石墨烯凝胶制备方法，先通过将氧化石墨加入溶剂超声剥离成氧化石墨烯悬浮液，然后放入高温高压反应釜中，加热到溶剂的临界温度以下，使其自组装还原反应一定时间后，加热加压到溶剂的临界温度，缓慢释放的压力，使得高压热蒸汽缓慢释放，得到干燥的石墨烯凝胶。
具体技术方案如下：
一种石墨烯凝胶的制备方法，包括如下步骤：
将氧化石墨加入溶剂中超声分散，配置成浓度为2-10mg/ml的氧化石墨烯悬浮液；
将氧化石墨烯悬浮液放入反应器中，密封好后，加热到150-200℃，反应2-10h，使得氧化石墨烯在还原成石墨烯的过程中进行自组装，形成石墨烯湿凝胶；
将所述石墨烯湿凝胶置于200℃-400℃和5-25MPa下保持10-60s，缓慢卸掉反应釜内的压力，使得高压热蒸汽缓慢释放，得到干燥的石墨烯凝胶。
所述石墨烯凝胶的制备方法，优选，所述溶剂为临界温度为250-400℃的溶剂；优选，所述溶剂为水、异丙醇、乙醇或甲醇。
所述石墨烯凝胶的制备方法，优选，所述超声分散的时间为0.5-3h。
所述石墨烯凝胶的制备方法，优选，所述反应器为高温高压反应釜。
本发明提供的石墨烯凝胶的制备方法，通过利用超临界溶剂的特点，制备石墨烯凝胶与干燥石墨烯凝胶，都在反应釜中进行，较为方便。将溶剂加热到其超临界点干燥时，消除石墨烯凝胶排除溶剂时存在的毛细管力，避免了排除溶剂时引起石墨烯凝胶结构的坍塌。
附图说明
图1为实施例1制得的石墨烯凝胶的SEM图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的较佳实施例作进一步详细说明。
实施例1
本发明一种石墨烯凝胶的制备方法如下：
（1）石墨烯湿凝胶：将氧化石墨加入水中，配置成浓度为2mg/ml的氧化石墨溶液超声0.5h，得到均匀分散的氧化石墨烯悬浮液。将其放入高温高压反应釜中，密封好，加热到200℃，反应2h，形成石墨烯湿凝胶。
（2）石墨烯凝胶：将所得到的石墨烯湿凝胶，加热到400℃，压力在25MPa下，保持10s，然后缓慢卸掉反应釜内的压力，使得高压热蒸汽缓慢释放，得到干燥的石墨烯凝胶。
图1为实施例1制得的石墨烯凝胶的SEM图。从图1中可以看到石墨烯的三维结构，未出现孔洞的塌陷。
实施例2
本发明一种石墨烯凝胶的制备方法如下：
（1）石墨烯湿凝胶：将氧化石墨加入甲醇中，配置成浓度为5mg/ml的氧化石墨溶液超声2h，得到均匀分散的氧化石墨烯悬浮液。将其放入高温高压反应釜中，密封好，将其加热到180℃，反应5h，形成石墨烯湿凝胶。
（2）石墨烯凝胶：将所得到的石墨烯湿凝胶，加热到240℃，压力在8MPa下，保持20s，缓慢卸掉反应釜内的压力，使得高压热蒸汽缓慢释放，得到干燥的石墨烯凝胶。
实施例3
本发明一种高比表面积的石墨烯凝胶的制备方法如下：
（1）石墨烯湿凝胶：将氧化石墨加入异丙醇中，配置成浓度为10mg/ml的氧化石墨溶液超声3h，得到均匀分散的氧化石墨烯悬浮液。将其放入高温高压反应釜中，密封好，加热到150℃，反应10h，得到石墨烯湿凝胶。
（2）石墨烯凝胶：将所得到的石墨烯湿凝胶，加热到250℃，压力在5MPa下，保持60s，缓慢卸掉反应釜内的压力，使得高压热蒸汽缓慢释放，得到干燥的石墨烯凝胶。
物性测试
1、电导率的测定：将所得的石墨烯凝胶粉末，压成片，室温下用D41-11D/ZM型双电测四探针测试仪测试电导率。当测试电流显示为探针系数时，按下电阻率ρ的按钮，则屏幕直接显示电阻率ρ值，按照γ=1/ρ直接计算出电导率。
通过四探针法测定实施例1中，石墨烯凝胶的电导率为4.7×102S/m，说明还原后的石墨烯的电导率较高。
2、比表面积测试：通过BET数据测试，可得到实施例1所得的石墨烯的比表面积为653m2/g。
应当理解的是，上述针对本发明较佳实施例的表述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本发明的专利保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种石墨烯凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将氧化石墨加入溶剂中超声分散，配置成浓度为2-10mg/ml的氧化石墨烯悬浮液；
将氧化石墨烯悬浮液放入反应器中，密封好后，加热到150-200℃，反应2-10h，使得氧化石墨烯在还原成石墨烯的过程中进行自组装，形成石墨烯湿凝胶；
将所述石墨烯湿凝胶置于200°C-400°C和5-25MPa下保持10-60s，缓慢卸掉反应釜内的压力，使得高压热蒸汽缓慢释放，得到干燥的石墨烯凝胶。
2.根据权利要求1所述的石墨烯凝胶的制备方法，其特征在于，所述溶剂为临界温度为250-200°C的溶剂。
3.根据权利要求2所述的石墨烯凝胶的制备方法，其特征在于，所述溶剂为水、异丙醇、乙醇或甲醇。
4.根据权利要求1所述的石墨烯凝胶的制备方法，其特征在于，所述超声分散的时间为0.5-3h。
5.根据权利要求1所述的石墨烯凝胶的制备方法，其特征在于，所述反应器为高温高压反应釜。
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