CN104291324A - 一种石墨烯泡沫的制备方法 - Google Patents

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杨扬
张春明
王丹
吴晓燕
严鹏
黄昭
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Abstract

本发明涉及一种石墨烯泡沫的制备方法。一种石墨烯泡沫的制备方法，对泡沫镍进行等离子技术处理，并浸泡在氧化石墨烯溶液中；在溶液中对包覆在泡沫镍上的氧化石墨烯进行还原；将包覆有石墨烯的泡沫镍置于溶液中，通过金属腐蚀移除镍模板，用无水乙醇和水反复洗涤，得到石墨烯泡沫。该材料不仅具有极低的密度、极高的孔隙率和高比表面积，而且还具有石墨烯优异的电导率。本发明与之前的技术相比，其制备方法工艺简单、成本低廉，易于工业推广，便于大规模工业化生产。

Description

一种石墨烯泡沫的制备方法
技术领域
本发明涉及电池、超级电容器等电化学储能器件领域，特别涉及一种石墨烯泡沫的制备方法及其在电化学储能器件的应用。 
背景技术
石墨烯是一种新型碳纳米材料，由单层sp2 碳原子紧密堆积成二维蜂窝状结构。石墨烯具有优异的电学、热学、光学和力学性能。同时石墨烯高的理论比表面积和优异的电导率决定了其作为电极材料在电化学储能器件的巨大潜力。 
成会明等（N. Li et al., Proc. Natl. Acad. Sci. 109(2012)17360）利用化学气相沉积（CVD）-金属模板法成功制备了高导电率、柔性的三维多孔泡沫石墨烯，并以此为集流体得到钛酸锂/泡沫石墨烯电极。该电极在200 C的倍率下仍有135 mAh g-1的比容量。与传统二维集流体相比，采用三维纳米结构集流体材料能够为活性物质提供更加良好的导电环境，降低电极内阻。季恒星等 (H.X. Ji et al., Nano Lett. 4(2012)2446) 通过研究表明采用石墨烯基集流体的电极比采用传统集流体（铝箔）的电极表现出更好的电化学性能：电极拥有更高的活性物质负载量与更好的倍率性能。同时石墨烯基集流体在2-5Vvs.Li/Li+ 电压窗口中展示出优异的电化学稳定性，是一种具有很好应用前景的高电压锂离子电池用集流体。 
现有技术制备石墨烯泡沫的方法，通常是利用化学气相沉积法在泡沫镍上沉积一层石墨烯，通过酸处理移除基体从而得到三维多孔的石墨烯泡沫。但是这种方法一般在>1000 ℃高温下进行，需要消耗大量的能量，且不易于大规模生产。 
发明内容
为克服现有技术的缺点，采用浸渍法在泡沫镍表面吸附一层氧化石墨烯，然后通过化学还原法对其进行还原，最后通过酸处理移除泡沫镍，得到三维柔性的泡沫石墨烯。 
一种石墨烯泡沫的制备方法， 其特征在于，包括以下步骤： 
（1）对泡沫镍进行等离子技术处理，并浸泡在氧化石墨烯溶液中；
（2）在溶液中对包覆在泡沫镍上的氧化石墨烯进行还原；
（3）将包覆有石墨烯的泡沫镍置于溶液中，通过金属腐蚀移除镍模板，用无水乙醇和水反复洗涤，得到石墨烯泡沫。
步骤（1）中所述的氧化石墨烯溶液浓度为4-10 mg ml-1。 
步骤（2）中所述的溶液包含的还原剂为水合肼，浓度为5-15 mg ml-1，还原时间为0.5-4个小时；或为氢碘酸，还原时间为0.5-4个小时；或为抗坏血酸 ，浓度为1-15 mg ml-1，还原时间为6-24个小时，还原温度为常温-80℃。 
步骤（3）中所述的溶液为盐酸、氯化铁、硝酸铁中的一种。 
有益效果
(1)由这种方法制备的石墨烯泡沫既有柔性的特点，又具备石墨烯的导电性与化学稳定性。
(2)本发明的方法设备要求简单，操作容易，在常温下即可得到柔性、导电的三维石墨烯泡沫。 
附图说明
图1是实施例一所制备石墨烯泡沫的照片。 
图2是实施例一所制备石墨烯泡沫的扫描电镜图。 
图3是实施例一所制备石墨烯泡沫的扫描电镜图。 
图4是实施例一所制备石墨烯泡沫在铁氰酸钾溶液中的循环伏安图。 
图5是实施例一所制备石墨烯泡沫电极在镁空电池中的放电曲线。 
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明，以下实施例不对本发明产生限制。 
实施例一： 
(1)对泡沫镍进行等离子技术处理，并浸泡在6.0 mg/ml氧化石墨烯溶液中；
(2)在含有10.0 mg/ml的抗坏血酸溶液中对包覆在泡沫镍上的氧化石墨烯进行还原，还原温度为60℃，时间为12个小时；
(3)将包覆有石墨烯的泡沫镍置于含6 M盐酸的水溶液，6个小时后取出，用无水乙醇和水反复洗涤，得到石墨烯泡沫。
实施例二： 
(1)对泡沫镍进行等离子技术处理，并浸泡在8.0 mg/ml氧化石墨烯溶液中；
(2)在氢碘酸中对包覆在泡沫镍上的氧化石墨烯进行还原，时间为30分钟；
(3)将包覆有石墨烯的泡沫镍置于含0.5 M硝酸铁80℃的水溶液中，20个小时后取出，用无水乙醇和水反复洗涤，得到石墨烯泡沫。
实施例三： 
(1)对泡沫镍进行等离子技术处理，并浸泡在10.0 mg/ml氧化石墨烯溶液中；
(2)在水合肼溶液中对包覆在泡沫镍上的氧化石墨烯进行还原，还原温度为95℃，时间为1个小时；
(3)将包覆有石墨烯的泡沫镍置于含3 M盐酸80℃的水溶液，6小时后取出，用无水乙醇和水反复洗涤，得到石墨烯泡沫。 

Claims (4)

1.一种石墨烯泡沫的制备方法， 其特征在于，包括以下步骤：
（1）对泡沫镍进行等离子技术处理，并浸泡在氧化石墨烯溶液中；
（2）在溶液中对包覆在泡沫镍上的氧化石墨烯进行还原；
（3）将包覆有石墨烯的泡沫镍置于溶液中，通过金属腐蚀移除镍模板，用无水乙醇和水反复洗涤，得到石墨烯泡沫。
2.如权利要求1所述的一种石墨烯泡沫的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的氧化石墨烯溶液浓度为4-10 mg ml-1。
3.如权利要求1所述的一种石墨烯泡沫的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的溶液包含的还原剂为水合肼，浓度为5-15 mg ml-1，还原时间为0.5-4个小时；或为氢碘酸，还原时间为0.5-4个小时；或为抗坏血酸 ，浓度为1-15 mg ml-1，还原时间为6-24个小时，还原温度为常温-80℃。
4.如权利要求1所述的一种石墨烯泡沫的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述的溶液为盐酸、氯化铁、硝酸铁中的一种。 
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