CN105923627A - 一种多孔石墨烯的制备方法 - Google Patents

一种多孔石墨烯的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105923627A
CN105923627A CN201610398481.5A CN201610398481A CN105923627A CN 105923627 A CN105923627 A CN 105923627A CN 201610398481 A CN201610398481 A CN 201610398481A CN 105923627 A CN105923627 A CN 105923627A
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphene
preparation
porous graphene
porous
graphene oxide
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.)
Granted
Application number
CN201610398481.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105923627B (zh
Inventor
闵永刚
马寸亮
朱祎祎
肖壮清
张栋
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.)
Nanjing Post and Telecommunication University
Nanjing University of Posts and Telecommunications
Original Assignee
Nanjing Post and Telecommunication University
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 Nanjing Post and Telecommunication University filed Critical Nanjing Post and Telecommunication University
Priority to CN201610398481.5A priority Critical patent/CN105923627B/zh
Publication of CN105923627A publication Critical patent/CN105923627A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105923627B publication Critical patent/CN105923627B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2204/00—Structure or properties of graphene
    • C01B2204/20—Graphene characterized by its properties
    • C01B2204/32—Size or surface area
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM

Landscapes

  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明涉及一种多孔石墨烯的制备方法，属于石墨烯超电容材料技术领域。本发明技术方案包括：在氧化石墨烯的水溶液中加不同比例的双氧水，然后再加入一定量的离子液，充分搅拌均匀后，水热反应得到石墨烯凝胶，冻干处理后得到多孔石墨烯。本发明制备的多孔石墨烯材料比表面积大，并且制备过程简单，在超级电容器，污水处理，吸油等领域有广阔的应用前景。

Description

一种多孔石墨烯的制备方法
技术领域
本发明属于石墨烯超电容材料技术领域，具体涉及一种多孔石墨烯的制备方法。
背景技术
超级电容器材料是超电容在实际生活中应用的一大关键领域，至今为止也是制约超电容应用的一大瓶颈。当前电子器件主要往小、精等方向发展，这就要求超电容的体积足够的小，从而对超级电容器材料的能量密度、功率密度有较高的要求。当前大部分的超电容器件主要是基于双电层电容储电机理的廉价碳材料，但如果想得到能量密度较大的可能性太小。总结最近几年电容材料的发展，碳纳米管材料性能虽然较好，但其制造成本太高，没能得到较好的应用。石墨烯作为新兴的二维材料，在很多领域均得到充分的研究，在电容材料领域具有很大的潜在应用。石墨烯材料的研究也较多，但大部分是集中在水热法或石墨烯与导电聚合物、金属氧化物等复合的研究上，很难实现石墨烯的精确制备，这就制约了石墨烯在精密电子方面的应用。石墨烯中所有碳原子以sp2形式杂化形成六边形结构单元，同时每个碳原子中P轨道的未成键电子在整个体系内共轭，形成大Π键；这种结合方式同离子液中具有的Π键形成Π-Π共轭。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种多孔石墨烯的制备方法，将氧化石墨烯与过氧化氢、离子液均匀混合，通过水热反应得到多孔石墨烯，该制备方法简单，得到的多孔石墨烯比表面积大，电化学性能优良。
为实现上述目的，采用的技术方案如下：
一种多孔石墨烯的制备方法，包括以下步骤：
(1)将氧化石墨烯溶于水中，超声分散形成氧化石墨烯分散液，然后滴加过氧化氢溶液并充分搅拌；
(2)向步骤(1)的混合液中滴加离子液，并充分搅拌；
(3)将步骤(2)得到的混合液转移到水热反应釜中，通过水热反应得到多孔石墨烯凝胶；
(4)将步骤(3)水热反应得到的凝胶进行冻干处理，即得所述多孔石墨烯。
优选的，步骤(1)所述的氧化石墨烯是以鳞片石墨为原料，通过传统的hummers方法或对其改进的两步法制备得到的。
优选的，步骤(1)所述的氧化石墨烯的分散浓度为1-10mg/mL，过氧化氢与氧化石墨烯的质量比为(0.1-1):1。
优选的，步骤(2)所述的离子液与氧化石墨烯的质量比为(0.1-0.6):1。
优选的，步骤(2)所述的离子液为1-丁基-3-甲基咪唑L乳酸盐、1，2-乙二胺三氟甲磺酸盐和1，2-乙二胺硝酸盐中的一种或多种。
优选的，步骤(1)和(2)中搅拌的时间为0.5-2h。
优选的，步骤(3)所述的水热反应时间为8-20h，温度为110℃-180℃。
本发明的有益效果：
本发明的制备方法条件温和、过程简单；在氧化石墨烯的溶液中加入了离子液，利用离子液具有的Π键结构与石墨烯结构的特点，形成了Π-Π共轭，增大了石墨烯在水热过程中孔的形成，另外又加入了过氧化氢，使得在石墨烯片中形成微孔，故制得的多孔石墨烯孔径较小，达到856m2/g，具有优良的电化学性能，在超级电容器、污水处理、吸油等领域有广阔的应用前景。
附图说明
图1为实施例1中多孔石墨烯的制备流程图。
图2为实施例1中多孔石墨烯放大不同倍数的SEM图。
图3为实施例1中多孔石墨烯与石墨烯、氧化石墨烯的XRD分析。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例，其中所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。
实施例1
本实施例中所用的氧化石墨烯是以鳞片石墨为原料，通过传统的hummers方法制备得到的；离子液为1-丁基-3-甲基咪唑L乳酸盐，制备多孔石墨烯：
步骤1：称取400mg冻干的氧化石墨烯GO粉末，溶解到40mL蒸馏水中，超声分散1h，形成氧化石墨烯水溶液，逐滴滴加质量浓度为30％的过氧化氢溶液1mL，并充分搅拌2h；
步骤2：向步骤1得到的分散液中再逐滴滴加200mg的1-丁基-3-甲基咪唑L乳酸盐离子液，并充分搅拌2h；
步骤3：将步骤2得到的混合液转移到50mL水热反应釜中，140℃反应12小时；
步骤4：将步骤3水热反应得到的凝胶进行冻干处理，即得所述多孔石墨烯。
对得到的多孔石墨烯进行表征，分析如下，得到的多孔石墨烯的比表面积达到856m2/g，而公开号为CN 104085881 A公开的制备三维石墨烯的比表面积才达到780m2/g，这在石墨烯材料制备中算是比较高的比表面积数值；图1示意的是这种多孔石墨烯的制备过程；图2是对样品进行的形貌表征，从A图中我们可以清晰的看到此种方法制备得到的石墨烯材料三维孔结构比较明显，B图中可以看到孔的尺寸也比较均匀；图3是对这种多孔石墨烯材料与氧化石墨烯以及还原氧化石墨烯材料的一个XRD数据分析，我们可以看到，得到的材料不仅具有石墨烯的特征峰，另外还表明离子液在其中起到了关键的作用。
实施例2
本实施例中所用的氧化石墨烯是以鳞片石墨为原料，通过传统的hummers方法制备得到的；所用的离子液为1，2-乙二胺硝酸盐，制备多孔石墨烯材料：
步骤1：称取400mg冻干的GO粉末，溶解到40mL蒸馏水中，超声分散1h，使之充分分散，形成氧化石墨烯水溶液，逐滴滴加质量浓度为30％的过氧化氢溶液1mL；并充分搅拌2h；
步骤2：向步骤1得到的分散液中再逐滴加200mg的1，2-乙二胺硝酸盐离子液，并充分搅拌2h；
步骤3：将上述步骤得到的混合液转移到50mL水热反应釜中，140℃反应14小时；
步骤4：将步骤3水热反应得到的凝胶进行冻干处理，即得所述多孔石墨烯。
实施例3
本实施例中所用的氧化石墨烯是以鳞片石墨为原料，通过W.S.Hummers Jr.,R.E.Offeman,Preparation of graphitic oxide,J.Am.Chem.Soc.80(6)(1958)1339所报道的改进的两步法制备得到的；所用的离子液为1，2-乙二胺三氟甲磺酸盐，制备多孔石墨烯材料：
步骤1：称取400mg冻干的GO粉末，溶解到40mL蒸馏水中，超声分散1h，使之充分分散，形成氧化石墨烯水溶液，逐滴滴加质量浓度为30％的过氧化氢溶液1mL，并充分搅拌2h；
步骤2：向步骤1得到的分散液中再逐滴加240mg的1，2-乙二胺三氟甲磺酸盐离子液，并充分搅拌2h；
步骤3：将上述步骤得到的混合液转移到50mL水热反应釜中，160℃反应8小时；
步骤4：将步骤3水热反应得到的凝胶进行冻干处理，即得所述多孔石墨烯。
实施例4
本实施例中所用的氧化石墨烯是以鳞片石墨为原料，通过传统的hummers方法制备得到的；所用的离子液为1-丁基-3-甲基咪唑L乳酸盐，制备多孔石墨烯材料：
步骤1：称取400mg冻干的GO粉末，溶解到40mL蒸馏水中，超声分散1h，使之充分分散，形成氧化石墨烯水溶液，逐滴滴加质量浓度为30％的过氧化氢溶液0.5mL，并充分搅拌2h；
步骤2：向步骤1得到的分散液中再逐滴加240mg的1-丁基-3-甲基咪唑L乳酸盐离子液；并充分搅拌2h；
步骤3：将上述步骤得到的混合液转移到50mL水热反应釜中，140℃反应10小时；
步骤4：将步骤3水热反应得到的凝胶进行冻干处理，即得所述多孔石墨烯。

Claims (7)

1.一种多孔石墨烯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将氧化石墨烯溶于水中，超声分散形成氧化石墨烯分散液，然后滴加过氧化氢溶液并充分搅拌；
(2)向步骤(1)的混合液中滴加离子液，并充分搅拌；
(3)将步骤(2)得到的混合液转移到水热反应釜中，通过水热反应得到多孔石墨烯凝胶；
(4)将步骤(3)水热反应得到的凝胶进行冻干处理，即得所述多孔石墨烯。
2.根据权利要求1所述的一种多孔石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的氧化石墨烯是以鳞片石墨为原料，通过传统的hummers方法或对其改进的两步法制备得到的。
3.根据权利要求1所述的一种多孔石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的氧化石墨烯的分散浓度为1-10mg/mL，过氧化氢与氧化石墨烯的质量比为(0.1-1):1。
4.根据权利要求1所述的一种多孔石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的离子液与氧化石墨烯的质量比为(0.1-0.6):1。
5.根据权利要求1所述的一种多孔石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的离子液为1-丁基-3-甲基咪唑L乳酸盐，1，2-乙二胺三氟甲磺酸盐和1，2-乙二胺硝酸盐中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种多孔石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤(1)和(2)中搅拌的时间为0.5-2h。
7.根据权利要求1所述的一种多孔石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述的水热反应时间为8-20h，温度为110℃-180℃。
CN201610398481.5A 2016-06-07 2016-06-07 一种多孔石墨烯的制备方法 Active CN105923627B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610398481.5A CN105923627B (zh) 2016-06-07 2016-06-07 一种多孔石墨烯的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610398481.5A CN105923627B (zh) 2016-06-07 2016-06-07 一种多孔石墨烯的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105923627A true CN105923627A (zh) 2016-09-07
CN105923627B CN105923627B (zh) 2018-11-30

Family

ID=56833725

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610398481.5A Active CN105923627B (zh) 2016-06-07 2016-06-07 一种多孔石墨烯的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105923627B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106629694A (zh) * 2016-12-23 2017-05-10 华中科技大学 一种多元素掺杂的三维多孔石墨烯气凝胶的制备方法
CN106744838A (zh) * 2016-12-06 2017-05-31 武汉工程大学 一步水热法制备氮掺杂多孔石墨烯的方法
CN107026026A (zh) * 2017-03-17 2017-08-08 东南大学 一种可控制备还原氧化石墨烯‑纳米棒状β‑二氧化锰气凝胶的方法
CN108878889A (zh) * 2017-05-08 2018-11-23 天津大学 自支撑打孔还原氧化石墨烯材料及其制备方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102533406A (zh) * 2010-12-23 2012-07-04 中国科学院兰州化学物理研究所 含石墨烯离子液体纳米复合润滑膜
CN103738945A (zh) * 2013-11-14 2014-04-23 盐城增材科技有限公司 一种通过化学键连接制备可控网状三维石墨烯的方法
CN103771405A (zh) * 2014-01-22 2014-05-07 绍兴文理学院 强酸性离子液体功能化的纳米多孔石墨烯材料的制备方法
CN104201350A (zh) * 2014-08-22 2014-12-10 南京中储新能源有限公司 基于石墨烯气凝胶/硫复合材料的二次电池
CN104245578A (zh) * 2012-03-09 2014-12-24 巴斯夫欧洲公司 基于掺杂石墨烯的气凝胶
WO2015069332A1 (en) * 2013-11-08 2015-05-14 The Regents Of The University Of California Three-dimensional graphene framework-based high-performance supercapacitors
CN104694989A (zh) * 2015-03-12 2015-06-10 上海理工大学 一种石墨烯基金属复合材料的制备方法
CN104843682A (zh) * 2015-04-07 2015-08-19 大连理工大学 一种还原氧化石墨烯的制备方法及其应用
CN104977341A (zh) * 2015-06-18 2015-10-14 青岛科技大学 石墨烯-类水滑石片-石墨相氮化碳复合材料固定蛋白修饰电极及其制备方法和应用

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102533406A (zh) * 2010-12-23 2012-07-04 中国科学院兰州化学物理研究所 含石墨烯离子液体纳米复合润滑膜
CN104245578A (zh) * 2012-03-09 2014-12-24 巴斯夫欧洲公司 基于掺杂石墨烯的气凝胶
WO2015069332A1 (en) * 2013-11-08 2015-05-14 The Regents Of The University Of California Three-dimensional graphene framework-based high-performance supercapacitors
CN103738945A (zh) * 2013-11-14 2014-04-23 盐城增材科技有限公司 一种通过化学键连接制备可控网状三维石墨烯的方法
CN103771405A (zh) * 2014-01-22 2014-05-07 绍兴文理学院 强酸性离子液体功能化的纳米多孔石墨烯材料的制备方法
CN104201350A (zh) * 2014-08-22 2014-12-10 南京中储新能源有限公司 基于石墨烯气凝胶/硫复合材料的二次电池
CN104694989A (zh) * 2015-03-12 2015-06-10 上海理工大学 一种石墨烯基金属复合材料的制备方法
CN104843682A (zh) * 2015-04-07 2015-08-19 大连理工大学 一种还原氧化石墨烯的制备方法及其应用
CN104977341A (zh) * 2015-06-18 2015-10-14 青岛科技大学 石墨烯-类水滑石片-石墨相氮化碳复合材料固定蛋白修饰电极及其制备方法和应用

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106744838A (zh) * 2016-12-06 2017-05-31 武汉工程大学 一步水热法制备氮掺杂多孔石墨烯的方法
CN106629694A (zh) * 2016-12-23 2017-05-10 华中科技大学 一种多元素掺杂的三维多孔石墨烯气凝胶的制备方法
CN106629694B (zh) * 2016-12-23 2019-01-15 华中科技大学 一种多元素掺杂的三维多孔石墨烯气凝胶的制备方法
CN107026026A (zh) * 2017-03-17 2017-08-08 东南大学 一种可控制备还原氧化石墨烯‑纳米棒状β‑二氧化锰气凝胶的方法
CN108878889A (zh) * 2017-05-08 2018-11-23 天津大学 自支撑打孔还原氧化石墨烯材料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105923627B (zh) 2018-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. N/O/P-rich three-dimensional carbon network for fast sodium storage
Wei et al. Functional groups and pore size distribution do matter to hierarchically porous carbons as high-rate-performance supercapacitors
Jia et al. Cicada slough-derived heteroatom incorporated porous carbon for supercapacitor: Ultra-high gravimetric capacitance
Tian et al. Synthesis of micro-and meso-porous carbon derived from cellulose as an electrode material for supercapacitors
Zou et al. Hierarchically porous nitrogen-doped carbon derived from the activation of agriculture waste by potassium hydroxide and urea for high-performance supercapacitors
Gao et al. Coal-based hierarchical porous carbon synthesized with a soluble salt self-assembly-assisted method for high performance supercapacitors and Li-ion batteries
CN107633954B (zh) 一种石墨烯/MXene复合电极材料及其应用
Huang et al. Hierarchical porous carbon obtained from animal bone and evaluation in electric double-layer capacitors
Karnan et al. A simple, economical one-pot microwave assisted synthesis of nitrogen and sulfur co-doped graphene for high energy supercapacitors
Liu et al. Use of nutrient rich hydrophytes to create N, P-dually doped porous carbon with robust energy storage performance
Yulian et al. High-performance supercapacitors materials prepared via in situ growth of NiAl-layered double hydroxide nanoflakes on well-activated graphene nanosheets
Xu et al. Nanoporous activated carbon derived from rice husk for high performance supercapacitor
Yuanyuan et al. A facile self-template strategy to fabricate three-dimensional nitrogen-doped hierarchical porous carbon/graphene for conductive agent-free supercapacitors with excellent electrochemical performance
CN105923627A (zh) 一种多孔石墨烯的制备方法
CN105788875B (zh) 四氧化三钴纳米线/还原氧化石墨烯水凝胶复合材料及其制备和应用
CN101982408A (zh) 石墨烯三维结构体材料及其制备方法和应用
CN107665775A (zh) 基于多孔碳纳米片的超级电容器及其制备方法
CN108364793A (zh) CoNiFe-LDH/多层石墨烯高性能复合储能材料及其制备方法
CN107221459A (zh) 一种氮磷共掺杂石墨烯及其制备方法与应用
CN108538641A (zh) 一种三维多孔无机非金属元素掺杂石墨烯气凝胶复合材料及其制备方法和应用
Liu et al. Pitch-based porous aerogel composed of carbon onion nanospheres for electric double layer capacitors
Li et al. Freeze-drying assisted synthesis of hierarchical porous carbons for high-performance supercapacitors
Wei et al. Integrating carbon dots with porous hydrogels to produce full carbon electrodes for electric double-layer capacitors
Wang et al. In Situ Intercalating Expandable Graphite for Mesoporous Carbon/Graphite Nanosheet Composites as High‐Performance Supercapacitor Electrodes
CN107555424A (zh) 一种多孔类石墨烯活性碳材料的制备方法及其产品和应用

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant