CN106241778A - 一种高比表面积多褶皱中空石墨烯微球及其制备方法 - Google Patents

一种高比表面积多褶皱中空石墨烯微球及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高比表面积多褶皱中空石墨烯微球及其制备方法，该中空石墨烯微球由氧化石墨烯稀溶液经过喷雾成球以及高温膨胀等步骤得到。该中空石墨烯微球是由具有微褶皱的少层石墨烯通过物理交联组成，其球壁具有一定的强度，宏观组装后具有一定的弹性。微球中空，器壁薄，因此具有极大的比表面积，可用作负载催化剂的载体。高温处理过程使得石墨烯片层结构完美，具有极好的电导性，因此又可应用于电磁屏蔽，吸波，电池，以及电容器等领域。

Description

一种高比表面积多褶皱中空石墨烯微球及其制备方法
技术领域
本发明属于石墨烯材料领域，涉及一种高比表面积多褶皱中空石墨烯微球及其制备方法。
背景技术
石墨烯是一种新型的二维碳材料，被誉为21世纪的材料。它具有出众的力学性能，电学性能，热学性能，磁学性能以及巨大的比表面积，因而在许多领域具有广阔的应用前景。但是目前石墨烯粉体的应用种类只有一种，那就是石墨烯花。它的表面也是有很多的褶皱，但是由于石墨烯之间的叠合，使得其比表面积比较小，其应用起来受很多限制，不能完全展现出石墨烯优越性能。
针对现有技术的不足，我们制备了一种高比表面积的中空石墨烯球，其巨大的比表面积，卓越的导电性能，特殊的空间结构，极大地提升了其应用潜能。使得其在催化领域，电磁领域，吸波领域，以及能源领域可以大量应用。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术不足，提供一种具有高比表面积的中空石墨烯球的制备技术。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种高比表面积多褶皱中空石墨烯微球，该中空石墨烯微球球壁由1-6层石墨烯片通过π-π共轭作用相互搭接而成，表面布满褶皱；微球直径为500nm-10μm；其内部中空，具有极大的比表面积500-2000m2/g；微球由无缺陷石墨烯组成，具有完美的共轭结构，其ID/IG＜0.001。
一种高比表面积多褶皱无缺陷中空石墨烯微球的制备方法包括以下步骤：
(1)将氧化石墨烯稀溶液通过雾化干燥的方法得到氧化石墨烯微球，干燥后的氧化石墨烯微球含游离水量为5—20wt％。。
(2)将步骤(1)得到的氧化石墨烯微球，快速(15-20℃/min)升温到800-1300℃，之后再以1～5℃/min升温到3000℃进行石墨化处理。
进一步地，步骤(1)中所述的稀溶液浓度为0.1-10mg/mL；所述的溶剂为水，DMF，DMAc，甲醇,乙醇，异丙醇，四氢呋喃，甲基乙基酮等极性分散剂。
进一步地，步骤(1)中所述的雾化干燥温度为80-150℃。
该发明的有益效果为：本发明通过快速的升温过程，使得氧化石墨烯微球中官能团以及所含的游离水分剧烈释放，产生气体，将石墨烯微球撑开。同时高温过程下官能团的脱落会使得石墨烯微球硬度提高，固化撑开的中空石墨烯微球形状。通过改变石墨烯粉体的结构形态，减少石墨烯堆叠层数，减弱石墨烯片堆叠机会，巨大的提升了其比表面积。并且其特殊的结构以及宏观性质，使得其在纳米催化，电磁领域，吸波领域，以及能源领域可以大量应用。
附图说明
图1是经本发明实施例1制备的高比表面积多褶皱中空石墨烯微球的扫描电镜图。
图2是经本发明实施例1制备的高比表面积多褶皱中空石墨烯微球的透射图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述，本实施例只用于对本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据上述发明的内容做出一些非本质的改变和调整均属本发明的保护范围。
实施例1：
(1)将浓度为4mg/mL氧化石墨烯水溶液通过雾化干燥的方法得到氧化石墨烯微球。雾化干燥温度为120℃
(2)将步骤(1)得到的氧化石墨烯微球，以20℃/min快速升温到800℃，并维持10min，之后以5℃/min再升温到3000℃进行石墨化处理。
经以上步骤，得到的高比表面积多褶皱中空石墨烯微球直径为3μm，如图1所示。其比表面积为600m2/g，石墨烯球壁由四层石墨烯构成，如图2所示。
实施例2：
(1)将浓度为1mg/mL的氧化石墨烯DMF溶液通过雾化干燥的方法得到氧化石墨烯微球。雾化干燥温度为100℃。
(2)将步骤(1)得到的氧化石墨烯微球，以15℃/min快速升温到1000℃，并维持10min，之后以3℃/min再升温到3000℃进行石墨化处理。
经以上步骤，得到的高比表面积多褶皱中空石墨烯微球直径为6μm。其比表面积为1100m2/g。
实施例3：
(1)将浓度为10mg/mL的氧化石墨烯甲醇溶液通过雾化干燥的方法得到氧化石墨烯微球。雾化干燥温度为150℃
(2)将步骤(1)得到的氧化石墨烯微球，以18℃/min快速升温到1300℃，并维持10min，之后以5℃/min再升温到3000℃进行石墨化处理。
经以上步骤，得到的高比表面积多褶皱中空石墨烯微球直径为3μm。其比表面积为1500m2/g。
实施例4：
(1)将浓度为0.1mg/mL氧化石墨烯四氢呋喃溶液通过雾化干燥的方法得到氧化石墨烯微球。
(2)将步骤(1)得到的氧化石墨烯微球，以20℃/min快速升温到1300℃，并维持10min，之后再以1℃/min升温到3000℃进行石墨化处理。
经以上步骤，得到的高比表面积多褶皱中空石墨烯微球直径为500nm。其比表面积为2000m2/g。
实施例5：
(1)将浓度为10mg/mL氧化石墨烯甲基乙基酮溶液通过雾化干燥的方法得到氧化石墨烯微球。雾化干燥温度为120℃
(2)将步骤(1)得到的氧化石墨烯微球，以20℃/min快速升温到900℃，并维持10min，之后以5℃/min再升温到3000℃进行石墨化处理。
经以上步骤，得到的高比表面积多褶皱中空石墨烯微球直径为10μm。其比表面积为600m2/g。
实施例6：
(1)将浓度为2mg/mL氧化石墨烯水溶液通过雾化干燥的方法得到氧化石墨烯微球。雾化干燥温度为80℃
(2)将步骤(1)得到的氧化石墨烯微球，以20℃/min快速升温到1000℃，并维持10min，之后以5℃/min再升温到3000℃进行石墨化处理。
经以上步骤，得到的高比表面积多褶皱中空石墨烯微球直径为7μm。其比表面积为1000m2/g。
对比例1：初步升高温度对中空石墨烯微球的影响。
如实施例6，将步骤2中初步升高温度调节为400度。
经以上步骤，得到的高比表面积多褶皱中空石墨烯微球直径为5μm。其比表面积为300m2/g。
对比例2：初步升温速率对中空石墨烯微球的影响。
如实施例6，将步骤2中初步升温速度调节为1℃/min。
经以上步骤，得到的高比表面积多褶皱中空石墨烯微球直径为6μm。其比表面积为400m2/g。
对比例3：氧化石墨烯溶液浓度对中空石墨烯微球的影响。
如实施例6，将步骤1中氧化石墨烯溶液浓度调节为30mg/mL。
经以上步骤，得到的高比表面积多褶皱中空石墨烯微球直径为10μm。其比表面积为200m2/g。

Claims (4)

1.一种高比表面积多褶皱中空石墨烯微球，其特征在于，该中空石墨烯微球球壁由1-6层石墨烯片通过π-π共轭作用相互搭接而成，微球表面布满褶皱；微球直径为500nm-10μm；其内部中空，具有极大的比表面积500-2000m2/g；微球由无缺陷石墨烯组成，具有完美的共轭结构，其ID/IG＜0.001。
2.一种高比表面积多褶皱无缺陷中空石墨烯微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将氧化石墨烯稀溶液通过雾化干燥的方法得到氧化石墨烯微球，干燥后的氧化石墨烯微球含游离水量为5—20wt％。。
(2)将步骤(1)得到的氧化石墨烯微球，快速(15-20℃/min)升温到800-1300℃，保温10min，之后再以1～5℃/min升温到3000℃进行石墨化处理。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的稀溶液浓度为0.1-10mg/mL；所述的溶剂为水，DMF，DMAc，甲醇,乙醇，异丙醇，四氢呋喃，甲基乙基酮等极性分散剂。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的雾化干燥温度为80-150℃。
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