CN106587039A - 一种改性石墨烯及其制备方法、电容器 - Google Patents

一种改性石墨烯及其制备方法、电容器 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种改性石墨烯及其制备方法、电容器，涉及石墨烯技术领域，以使制得的改性石墨烯与水性电解液的润湿性增加，提高了石墨烯在水性电解液中的分散性，进而提高了采用改性石墨烯制得的超级电容器的性能。所述改性石墨烯的制备方法包括将石墨烯和催化剂水溶液混合，得到石墨烯分散液；在加热条件下，向石墨烯分散液中加入过氧化氢水溶液进行反应，得到含有改性石墨烯的反应体系；分离反应体系中的改性石墨烯，得到改性石墨烯。一种改性石墨烯，采用上述制备方法制备而成。一种电容器，包括电极浆料，包括上述改性石墨烯。本发明提供的改性石墨烯的制备方法用于制备改性石墨烯。

Description

一种改性石墨烯及其制备方法、电容器
技术领域
本发明涉及石墨烯技术领域，尤其涉及一种改性石墨烯及其制备方法、电容器。
背景技术
超级电容器是一种介于传统电容器和化学电池之间的新型储能器件，其中的电极材料是影响超级电容器性能的核心因素之一，如果要使超级电容器具有良好的性能，超级电容器中的电极材料不但要有较大的比表面积，而且还要与电解液具有良好的浸润性。而石墨烯作为一种新型的电极材料，其具有较大的比表面积和较高的导电性，因此，石墨烯成为超级电容器的一种潜在电极材料，受到人们的广泛关注。
但是，由于石墨烯是由稳定的苯六元环组合而成的结构完整的二维晶体，其惰性的表面结构使其具有较高的稳定性，经研究发现，石墨烯的水接触角为92.5°，在水中的分散性较差，尤其是将石墨烯用于水性电容器的电极材料时，由于石墨烯较差的亲水性，造成石墨烯难以均匀而稳定的分散在电解液中，导致用其制备的电容器的电化学性能受到极大影响，这严重限制了石墨烯作为超级电容器电极材料的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改性石墨烯及其制备方法、电容器，用于提高改性石墨烯在水性电解液中的分散性，使利用改性石墨烯制得的超级电容器具有良好的电化学性能。
为了实现上述目的，本发明提供了一种改性石墨烯的制备方法，包括：
将石墨烯和催化剂水溶液混合，得到石墨烯分散液；在加热条件下，向石墨烯分散液中加入过氧化氢水溶液进行反应，直到催化剂水溶液催化过氧化氢所产生的羟基与石墨烯结合，得到含有改性石墨烯的反应体系；
将反应体系中的改性石墨烯进行分离，得到改性石墨烯；其中，改性石墨烯为含有羟基的石墨烯。
优选的，将石墨烯和催化剂水溶液混合，得到石墨烯分散液的方法为：采用超声法将石墨烯与催化剂水溶液进行混合，得到石墨烯分散液，催化剂包括有机盐催化剂、无机盐催化剂中的一种或两种。
较佳的，有机盐催化剂为乙二醇二乙醚二胺乙酸铁、乙二胺四乙酸铁、三苯基锰中的一种或多种；无机盐催化剂为重铬酸钾。
优选的，催化剂水溶液的浓度为0.5mmol/L-20mmol/L，过氧化氢水溶液的浓度为3％-30％；
过氧化氢的质量与石墨烯分散液中的石墨烯的质量之比为(30-80):1。
优选的，在加热条件下，向石墨烯分散液中加入过氧化氢水溶液进行反应的方法为：
当石墨烯分散液的温度升至60℃-70℃时，向石墨烯分散液中滴加过氧化氢水溶液，滴加时间为20min-60min。
优选的，将石墨烯和催化剂水溶液混合，得到石墨烯分散液之前，还包括对石墨烯进行多孔化处理，对石墨烯进行多孔化处理的方法包括：将碱金属氢氧化物与石墨烯混合；在加热条件下，使碱金属氢氧化物与石墨烯发生反应，得到含有多孔石墨烯的混合体系；将混合体系中的多孔石墨烯进行分离，得到多孔石墨烯。
较佳的，将碱金属氢氧化物与石墨烯混合的方法为：
将饱和的碱金属氢氧化物溶液与石墨烯研磨混合；其中，碱金属氢氧化物和石墨烯的质量比为(6-10):1；
在加热条件下，使碱金属氢氧化物与石墨烯发生反应的方法为：在惰性气体的保护下，将碱金属氢氧化物与石墨烯的混合体系加热至380℃-410℃，保温0.5h-1.5h，再加热至700℃-800℃，保温0.5h-1.5h。
优选的，将反应体系中的改性石墨烯进行分离，得到改性石墨烯的方法为：
过滤含有改性石墨烯的反应体系，收集并洗涤沉淀物，直到洗涤后的沉淀物中无催化剂残留，得到洗涤后的沉淀物；
将洗涤后的沉淀物分散到水中，并进行离心，收集离心后的上清液，得到改性石墨烯分散液；
将改性石墨烯分散液进行过滤，得到改性石墨烯沉淀，将改性石墨烯沉淀进行干燥，得到改性石墨烯。
与现有技术相比，本发明提供的改性石墨烯的制备方法具有如下有益效果：
本发明提供的改性石墨烯的制备方法，通过在加热条件下，将催化剂溶液催化过氧化氢产生的羟基引入石墨烯，以制得改性石墨烯，实现对石墨烯的羟基化改性，从而利用羟基与水的亲和性，提高改性石墨烯在水性电解液中的分散性，保证将改性石墨烯用于超级电容器的电极浆料时，超级电容器具有良好的电化学性能。
本发明还提供一种改性石墨烯，采用上述改性石墨烯的制备方法制备而成。
与现有技术相比，本发明提供的改性石墨烯，通过在石墨烯中引入羟基，以实现对石墨烯的羟基化改性，利用羟基与水的亲和性，提高改性石墨烯在水性电解液中的分散性，保证将改性石墨烯用于超级电容器的电极浆料时，超级电容器具有良好的电化学性能。
本发明还提供一种电容器，包括电极浆料，所述电极浆料包括由上述技术方案提供的改性石墨烯。
与现有技术相比，本发明提供的电容器，利用上述提供的改性石墨烯制备组成电容器的电极浆料，通过在石墨烯中引入羟基，以实现对石墨烯的羟基化改性，利用羟基与水的亲和性，提高改性石墨烯在水性电解液中的分散性，保证将改性石墨烯用于超级电容器的电极浆料时，超级电容器具有良好的电化学性能。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例提供的改性石墨烯的制备方法流程图一；
图2为本发明实施例提供的改性石墨烯的制备方法流程图二；
图3为本发明实施例提供的对石墨烯进行多孔化处理的方法流程图三。
具体实施方式
下面结合本发明提供的改性石墨烯及其制备方法、电容器，进行详细说明。
请参阅图1，本发明提供一种改性石墨烯的制备方法，包括：
步骤S1：将石墨烯和催化剂水溶液混合，得到石墨烯分散液；
步骤S2：在加热条件下，向所述石墨烯分散液中加入过氧化氢水溶液进行反应，直到所述催化剂水溶液催化过氧化氢所产生的羟基与石墨烯结合，得到含有改性石墨烯的反应体系；
步骤S3：将所述反应体系中的改性石墨烯进行分离，得到改性石墨烯；其中，改性石墨烯为含有羟基的石墨烯。
本发明提供的改性石墨烯，通过在加热条件下，将催化剂溶液催化过氧化氢产生的羟基引入石墨烯，以制得改性石墨烯，实现对石墨烯的羟基化改性，从而利用羟基与水的亲和性，提高改性石墨烯在水性电解液中的分散性，保证将改性石墨烯用于超级电容器的电极浆料时，超级电容器具有良好的电化学性能。
示例性的，上述催化剂的种类多种多样，在此并不作限定，只要能够实现将过氧化氢催化产生羟基的催化剂均可以用于本发明，例如：催化剂可以为有机盐催化剂、无机盐催化剂中的一种或两种；其中，有机盐催化剂为乙二醇二乙醚二胺乙酸铁、乙二胺四乙酸铁、三苯基锰中的一种或多种；无机盐催化剂为重铬酸钾。
可以理解的是，由于石墨烯的片层活性部位和空位缺陷处具有较高的活性，所以，在本发明制得的改性石墨烯中，羟基多位于石墨烯的片层活性部位和/或空位缺陷处。本发明通过将羟基引入石墨烯的片层活性部位和/或空位缺陷处，以实现对石墨烯的羟基化改性。
需要说明的是，步骤S1中催化剂水溶液的浓度为0.5mmol/L-20mmol/L，过氧化氢水溶液的浓度为3％-30％；过氧化氢的质量与石墨烯分散液中的石墨烯的质量之比为(30-80):1。
具体的，步骤S1中，将石墨烯和催化剂水溶液混合的方法为：采用超声法将石墨烯与催化剂水溶液进行混合，这样就能够使石墨烯与催化剂水溶液充分接触，以得到分散均匀的石墨烯分散液，从而在后续向石墨烯分散液中加入过氧化氢时，能够让过氧化氢在催化剂的催化下产生的羟基与石墨烯充分接触，以进一步提高羟基在改性石墨烯中的含量。
另外，在加热条件下，向所述石墨烯分散液中加入过氧化氢水溶液进行反应的方法为：将石墨烯分散液加热至60℃-70℃，向石墨烯分散液中滴加过氧化氢水溶液进行反应，直到催化剂溶液催化过氧化氢所产生的羟基与石墨烯结合，得到含有改性石墨烯的反应体系。
可以理解的是，在滴加过程中，对石墨烯分散液进行磁力搅拌，并通过恒压滴液漏斗向石墨烯分散液中逐滴滴加过氧化氢水溶液；其中，在滴加过程中，控制滴加时间在20min-60min，滴加完毕后继续保持搅拌12h-24h，结束反应，此时催化剂溶液催化过氧化氢所产生的羟基与石墨烯结合比较充分。
值得注意的是，如图2所示，在步骤S3中，将上述反应体系中的改性石墨烯进行分离，以得到改性石墨烯的具体方法如下：
步骤S31：过滤含有改性石墨烯的反应体系进行，收集并洗涤沉淀物，直到洗涤后的沉淀物中无催化剂残留，得到洗涤后的沉淀物；
步骤S32：将洗涤后的沉淀物分散到水中，并进行离心，收集离心后的上清液，得到改性石墨烯分散液；可选的，离心转速为4000rpm，离心时间为5min；
步骤S33：将改性石墨烯分散液进行过滤，得到改性石墨烯沉淀，将改性石墨烯沉淀进行干燥，得到改性石墨烯；可选的，干燥温度为70℃-80℃，干燥时间为5h-8h。
优选的，如图3所示，上述步骤S1中将石墨烯和催化剂水溶液混合，得到石墨烯分散液之前，还包括：
步骤S0：对石墨烯进行多孔化处理；
通过对石墨烯的多孔化处理可以得到具有更大比表面积的多孔石墨烯，具体的，上述步骤S0中对石墨烯进行多孔化处理可以按照如下方法进行：
步骤S01：将碱金属氢氧化物与石墨烯混合；具体的，将饱和的碱金属氢氧化物溶液与石墨烯混合，并研磨均匀，得到碱性石墨烯混合物，其中，碱金属氢氧化物和石墨烯的质量比为(6-10):1；
步骤S02：在加热条件下，使碱金属氢氧化物与石墨烯发生反应，得到含有多孔石墨烯的混合体系；具体的，在惰性气体的保护下，将碱金属氢氧化物与石墨烯的混合体系以4℃/min-6℃/min的加热速率升温至380℃-410℃，保温0.5h-1.5h，再以4℃/min-6℃/min的加热速率升温至700℃-800℃，保温0.5h-1.5h；
步骤S03：将混合体系中的多孔石墨烯进行纯化，得到多孔石墨烯；具体的，可先将含有多孔石墨烯的混合体系进行过滤，收集并洗涤沉淀物，直到洗涤得到的洗涤液为中性；然后对经过洗涤的多孔化处理的石墨烯进行干燥；具体的，将经过洗涤的多孔化处理的石墨烯置于鼓风干燥箱中进行干燥，干燥温度为70℃-80℃，干燥时间为5h-8h。
优选的，上述步骤S02在加热条件下，使碱金属氢氧化物与石墨烯发生反应之前，还包括：干燥碱性石墨烯混合物，以去除碱性石墨烯混合物中的水分；具体的，可将碱性石墨烯混合物置于鼓风干燥箱中进行干燥，干燥温度为70℃-80℃，干燥时间为10h-20h。
可以理解的是，上述碱金属氢氧化物的种类多种多样，例如，碱金属氢氧化物可以为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或两种。
同样的，惰性气体的种类也是多种多样的，例如氩气、氦气、氖气中的一种或多种，本发明出于经济性的考虑，选用氩气作为碱金属氢氧化物与石墨烯的混合体系加热时的保护气氛。
本发明还提供一种改性石墨烯，采用上述改性石墨烯的制备方法制备而成；本发明提供的改性石墨烯为含有羟基的石墨烯，通过在石墨烯中引入羟基，以实现对石墨烯的羟基化改性，利用羟基与水的亲和性，提高改性石墨烯在水性电解液中的分散性。
本发明还提供一种电容器，包括电极浆料，所述电极浆料包括上述提供的改性石墨烯的制备方法制得的改性石墨烯。
具体的，本发明通过将改性石墨烯配置成浓度为10mg/mL-20mg/mL的水分散液，然后将改性石墨烯水分散液与导电炭黑、粘结剂羧甲基纤维素钠或丙烯酸酯中的一种或两种，按照9：0.5：0.5的质量比配制成用于超级电容器的电极浆料。
本发明通过在石墨烯中引入羟基，以实现对石墨烯的羟基化改性，利用羟基与水的亲和性，提高了改性石墨烯在水性电解液中的分散性，进而将该改性石墨烯用于电极浆料制得电容器后，提高了电容器的电化学性能。
下面结合实施例具体说明本发明提供的改性石墨烯及其制备方法、电容器，以下实施例仅仅是对本发明的解释，而不是限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本实施例提供一种改性石墨烯的制备方法，制得的改性石墨烯为含有羟基自由基的石墨烯。其中，羟基自由基位于石墨烯的片层活性部位和空位缺陷处，通过催化剂催化过氧化氢产生。
上述催化剂为有机盐催化剂中的乙二醇二乙醚二胺乙酸铁、乙二胺四乙酸铁、三苯基锰和无机盐催化剂中的重铬酸钾。
本实施例提供的改性石墨烯的制备方法包括：
量取10mL的浓度为5mmol/L的乙二醇二乙醚二胺乙酸铁、5mL的浓度为5mmol/L的乙二胺四乙酸铁水溶液、5mL的浓度为5mmol/L的三苯基锰和15mL的浓度为10mmol/L的重铬酸钾的水溶液，向其中加入1g石墨烯，在超声槽(SB-5200DT，200W)中超声10min，将石墨烯和乙二醇二乙醚二胺乙酸铁、乙二胺四乙酸铁、三苯基锰、重铬酸钾的水溶液混合，得到石墨烯分散液；
对石墨烯分散液进行搅拌、加热，使温度升至70℃，然后通过恒压滴液漏斗向石墨烯分散液中逐滴滴加40mL的30％过氧化氢水溶液，滴加时间为20min，滴加完毕后继续搅拌1h，直至乙二醇二乙醚二胺乙酸铁、乙二胺四乙酸铁、三苯基锰和重铬酸钾的水溶液催化过氧化氢所产生的羟基自由基与石墨烯结合，得到含有修饰后的石墨烯的反应体系；
利用0.45μm的聚四氟乙烯滤膜对含有修饰后的石墨烯的反应体系进行过滤，收集沉淀物，并用蒸馏水洗涤沉淀物，直到洗涤后的沉淀物中无催化剂残留，得到洗涤后的沉淀物；将洗涤后的沉淀物重新分散到40mL的蒸馏水中，在超声槽(SB-5200DT，200W)中超声2h后，对其进行离心，离心机的转速为4000rpm，离心时间为5min，收集离心后的上清液，得到改性石墨烯分散液；
利用0.45μm的聚四氟乙烯滤膜对改性石墨烯分散液进行过滤，得到改性石墨烯沉淀，将改性石墨烯沉淀在70℃下干燥5h，得到改性石墨烯。
实施例二
本实施例提供一种改性石墨烯的制备方法，制得的改性石墨烯为含有羟基自由基的石墨烯。其中，羟基自由基位于石墨烯的片层活性部位和空位缺陷处，通过催化剂催化过氧化氢产生。
上述催化剂为有机盐催化剂中的乙二醇二乙醚二胺乙酸铁。
本实施例提供的改性石墨烯的制备方法包括：
量取20mL的浓度为10mmol/L的乙二醇二乙醚二胺乙酸铁的水溶液，向其中加入1g石墨烯，在超声槽(SB-5200DT，200W)中超声10min，将石墨烯和乙二醇二乙醚二胺乙酸铁的水溶液混合，得到石墨烯分散液；
对石墨烯分散液进行搅拌、加热，使温度升至70℃，然后通过恒压滴液漏斗向石墨烯分散液中逐滴滴加40mL的30％过氧化氢水溶液，滴加时间为30min，滴加完毕后继续搅拌1h，直至乙二醇二乙醚二胺乙酸铁的水溶液催化过氧化氢所产生的羟基自由基与石墨烯结合，得到含有修饰后的石墨烯的反应体系；
利用0.45μm的聚四氟乙烯滤膜对含有修饰后的石墨烯的反应体系进行过滤，收集沉淀物，并用蒸馏水洗涤沉淀物，直到洗涤后的沉淀物中无催化剂残留，得到洗涤后的沉淀物；
将洗涤后的沉淀物重新分散到40mL的蒸馏水中，在超声槽(SB-5200DT，200W)中超声2h后，对其进行离心，离心机的转速为4000rpm，离心时间为5min，收集离心后的上清液，得到改性石墨烯分散液；
利用0.45μm的聚四氟乙烯滤膜对改性石墨烯分散液进行过滤，得到改性石墨烯沉淀，将改性石墨烯沉淀在70℃下干燥5h，得到改性石墨烯。
实施例三
本实施例提供一种改性石墨烯的制备方法，制得的改性石墨烯为含有羟基自由基的石墨烯。其中，羟基自由基位于石墨烯的片层活性部位和空位缺陷处，通过催化剂催化过氧化氢产生。
上述催化剂为无机盐催化剂中的重铬酸钾。
本实施例提供的改性石墨烯的制备方法包括：
量取20mL的浓度为10mmol/L的重铬酸钾的水溶液，向其中加入1g石墨烯，在超声槽(SB-5200DT，200W)中超声10min，将石墨烯和重铬酸钾的水溶液混合，得到石墨烯分散液；
对石墨烯分散液进行搅拌、加热，使温度升至70℃，然后通过恒压滴液漏斗向石墨烯分散液中逐滴滴加40mL的30％过氧化氢水溶液，滴加时间为30min，滴加完毕后继续搅拌1h，直至重铬酸钾的水溶液催化过氧化氢所产生的羟基自由基与石墨烯结合，得到含有修饰后的石墨烯的反应体系；
利用0.45μm的聚四氟乙烯滤膜对含有修饰后的石墨烯的反应体系进行过滤，收集沉淀物，并用蒸馏水洗涤沉淀物，直到洗涤后的沉淀物中无催化剂残留，得到洗涤后的沉淀物；
将洗涤后的沉淀物重新分散到40mL的蒸馏水中，在超声槽(SB-5200DT，200W)中超声2h后，对其进行离心，离心机的转速为4000rpm，离心时间为5min，收集离心后的上清液，得到改性石墨烯分散液；
利用0.45μm的聚四氟乙烯滤膜对改性石墨烯分散液进行过滤，得到改性石墨烯沉淀，将改性石墨烯沉淀在70℃下干燥5h，得到改性石墨烯。
实施例四
本实施例提供一种改性石墨烯的制备方法，制得的改性石墨烯为含有羟基自由基的石墨烯。其中，羟基自由基位于石墨烯的片层活性部位和空位缺陷处，通过催化剂催化过氧化氢产生。
上述催化剂为有机盐催化剂中的乙二醇二乙醚二胺乙酸铁和乙二胺四乙酸铁。
本实施例提供的改性石墨烯的制备方法包括：
量取10mL的浓度为5mmol/L的乙二醇二乙醚二胺乙酸铁和10mL的浓度为5mmol/L的乙二胺四乙酸铁水溶液，向其中加入1g石墨烯，在超声槽(SB-5200DT，200W)中超声10min，将石墨烯和乙二醇二乙醚二胺乙酸铁、乙二胺四乙酸铁的水溶液混合，得到石墨烯分散液；
对石墨烯分散液进行搅拌、加热，使温度升至70℃，然后通过恒压滴液漏斗向石墨烯分散液中逐滴滴加40mL的30％过氧化氢水溶液，滴加时间为20min，滴加完毕后继续搅拌1h，直至乙二醇二乙醚二胺乙酸铁和乙二胺四乙酸铁的水溶液催化过氧化氢所产生的羟基自由基与石墨烯结合，得到含有修饰后的石墨烯的反应体系；
利用0.45μm的聚四氟乙烯滤膜对含有修饰后的石墨烯的反应体系进行过滤，收集沉淀物，并用蒸馏水洗涤沉淀物，直到洗涤后的沉淀物中无催化剂残留，得到洗涤后的沉淀物；将洗涤后的沉淀物重新分散到40mL的蒸馏水中，在超声槽(SB-5200DT，200W)中超声2h后，对其进行离心，离心机的转速为4000rpm，离心时间为5min，收集离心后的上清液，得到改性石墨烯分散液；
利用0.45μm的聚四氟乙烯滤膜对改性石墨烯分散液进行过滤，得到改性石墨烯沉淀，将改性石墨烯沉淀在70℃下干燥5h，得到改性石墨烯。
实施例五
本实施例提供一种改性石墨烯的制备方法，制得的改性石墨烯为含有羟基的石墨烯。其中，羟基位于石墨烯的片层活性部位和空位缺陷处，通过催化剂催化过氧化氢产生。
上述催化剂为有机盐催化剂中的乙二醇二乙醚二胺乙酸铁和乙二胺四乙酸铁。
本实施例提供的改性石墨烯的制备方法包括：
称取1g的石墨烯，放入玛瑙研钵中，一边搅拌一边滴入10mL的饱和氢氧化钾溶液，滴加时间为10min，滴加完毕后继续研磨1h，得到碱性石墨烯混合物；将碱性石墨烯混合物置于鼓风干燥箱中，于70℃下干燥10h；
将干燥后的碱性石墨烯混合物混合体系放入管式炉中，先通氩气30min，用氩气置换管式炉中的空气，然后以6℃/min的升温速率将管式炉升温至
410℃，在410℃下保持0.5h，然后再以6℃/min的升温速率将管式炉升温至800℃，在800℃下保持0.5h，在此过程中，氩气的气流量为控制为0.9L/min，反应完毕后，自然降温至室温，完成对石墨烯的多孔化处理；
将多孔化处理的石墨烯用0.45μm的聚四氟乙烯滤膜进行过滤洗涤，直到洗涤得到的洗涤液为中性，然后对经过洗涤的多孔化处理的石墨烯在70℃下干燥5h，完成对多孔化处理的石墨烯的纯化；
然后，量取20mL的浓度为10mmol/L的乙二醇二乙醚二胺乙酸铁水溶液和15mL的浓度为10mmol/L的乙二胺四乙酸铁的水溶液，向其中加入0.8g上述制备的纯化后的多孔化处理石墨烯，在超声槽(SB-5200DT，200W)中超声10min，将石墨烯和乙二醇二乙醚二胺乙酸铁、乙二胺四乙酸铁的水溶液混合，得到石墨烯分散液；
对石墨烯分散液进行搅拌、加热，使温度升至70℃，然后通过恒压滴液漏斗向石墨烯分散液中逐滴滴加40mL的30％过氧化氢水溶液，滴加时间为20min，滴加完毕后继续搅拌12h，直至乙二醇二乙醚二胺乙酸铁和乙二胺四乙酸铁的水溶液催化过氧化氢所产生的羟基与石墨烯结合，得到含有修饰后的石墨烯的反应体系；
利用0.45μm的聚四氟乙烯滤膜对含有修饰后的石墨烯的反应体系进行过滤，收集沉淀物，并用蒸馏水洗涤沉淀物，直到洗涤后的沉淀物中无催化剂残留，得到洗涤后的沉淀物；
将洗涤后的沉淀物重新分散到40mL的蒸馏水中，在超声槽(SB-5200DT，200W)中超声2h后，对其进行离心，离心机的转速为4000rpm，离心时间为5min，收集离心后的上清液，得到改性石墨烯分散液；
利用0.45μm的聚四氟乙烯滤膜对改性石墨烯分散液进行过滤，得到改性石墨烯沉淀，将改性石墨烯沉淀在70℃下干燥5h，得到改性石墨烯。
实施例六
本实施例提供一种改性石墨烯的制备方法，制得的改性石墨烯为含有羟基的石墨烯。其中，羟基位于石墨烯的片层活性部位和空位缺陷处，通过催化剂催化过氧化氢产生。
上述催化剂为有机盐催化剂中的乙二醇二乙醚二胺乙酸铁和三苯基锰。
本实施例提供的改性石墨烯的制备方法包括：
称取1g的石墨烯，放入玛瑙研钵中，一边搅拌一边滴入10mL的饱和氢氧化钾溶液，滴加时间为10min，滴加完毕后继续研磨1h，得到碱性石墨烯混合物；将碱性石墨烯混合物置于鼓风干燥箱中，于70℃下干燥10h；
将干燥后的碱性石墨烯混合物混合体系放入管式炉中，先通氩气30min，用氩气置换管式炉中的空气，然后以6℃/min的升温速率将管式炉升温至410℃，在410℃下保持0.5h，然后再以6℃/min的升温速率将管式炉升温至800℃，在800℃下保持0.5h，在此过程中，氩气的气流量为控制为0.9L/min，反应完毕后，自然降温至室温，完成对石墨烯的多孔化处理；
将多孔化处理的石墨烯用0.45μm的聚四氟乙烯滤膜进行过滤洗涤，直到洗涤得到的洗涤液为中性，然后对经过洗涤的多孔化处理的石墨烯在70℃下干燥5h，完成对多孔化处理的石墨烯的纯化；
然后，量取20mL的浓度为10mmol/L的乙二醇二乙醚二胺乙酸铁水溶液和15mL的浓度为10mmol/L的三苯基锰的水溶液，向其中加入0.8g上述制备的纯化后的多孔化处理石墨烯，在超声槽(SB-5200DT，200W)中超声10min，将石墨烯和乙二醇二乙醚二胺乙酸铁、三苯基锰的水溶液混合，得到石墨烯分散液；
对石墨烯分散液进行搅拌、加热，使温度升至70℃，然后通过恒压滴液漏斗向石墨烯分散液中逐滴滴加40mL的30％过氧化氢水溶液，滴加时间为20min，滴加完毕后继续搅拌24h，直至乙二醇二乙醚二胺乙酸铁和三苯基锰的水溶液催化过氧化氢所产生的羟基与石墨烯结合，得到含有修饰后的石墨烯的反应体系；
利用0.45μm的聚四氟乙烯滤膜对含有修饰后的石墨烯的反应体系进行过滤，收集沉淀物，并用蒸馏水洗涤沉淀物，直到洗涤后的沉淀物中无催化剂残留，得到洗涤后的沉淀物；
将洗涤后的沉淀物重新分散到40mL的蒸馏水中，在超声槽(SB-5200DT，200W)中超声2h后，对其进行离心，离心机的转速为4000rpm，离心时间为5min，收集离心后的上清液，得到改性石墨烯分散液；
利用0.45μm的聚四氟乙烯滤膜对改性石墨烯分散液进行过滤，得到改性石墨烯沉淀，将改性石墨烯沉淀在70℃下干燥5h，得到改性石墨烯。
下面对上述实施例制得的改性石墨烯的亲水性做出表征。
将上述实施例一制得的改性石墨烯和未改性石墨烯进行亲水性测试，结果通过上述实施例一制得的改性石墨烯均匀分散在水中，而未改性石墨烯位于水面上和水底，由此可见，采用本方案制得的改性石墨烯的亲水性优于未改性石墨烯，且改性石墨烯的水分散液稳定性良好，经放置1个月后，只有少量的沉降。
在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种改性石墨烯的制备方法，其特征在于，包括：
将石墨烯和催化剂水溶液混合，得到石墨烯分散液；
在加热条件下，向所述石墨烯分散液中加入过氧化氢水溶液进行反应，直到所述催化剂水溶液催化过氧化氢所产生的羟基与石墨烯结合，得到含有改性石墨烯的反应体系；
将所述反应体系中的改性石墨烯进行分离，得到改性石墨烯；其中，所述改性石墨烯为含有羟基的石墨烯。
2.根据权利要求1所述的改性石墨烯的制备方法，其特征在于，所述将石墨烯和催化剂水溶液混合，得到石墨烯分散液的方法为：采用超声法将石墨烯与催化剂水溶液进行混合，得到石墨烯分散液，催化剂包括有机盐催化剂、无机盐催化剂中的一种或两种。
3.根据权利要求2所述的改性石墨烯的制备方法，其特征在于，所述有机盐催化剂为乙二醇二乙醚二胺乙酸铁、乙二胺四乙酸铁、三苯基锰中的一种或多种；所述无机盐催化剂为重铬酸钾。
4.根据权利要求1所述的改性石墨烯的制备方法，其特征在于，所述催化剂水溶液的浓度为0.5mmol/L-20mmol/L，所述过氧化氢水溶液的浓度为3％-30％；所述过氧化氢的质量与所述石墨烯分散液中的石墨烯的质量之比为(30-80):1。
5.根据权利要求1所述的改性石墨烯的制备方法，其特征在于，所述在加热条件下，向所述石墨烯分散液中加入过氧化氢水溶液进行反应的方法为：
当所述石墨烯分散液的温度升至60℃-70℃时，向所述石墨烯分散液中滴加过氧化氢水溶液，滴加时间为20min-60min。
6.根据权利要求1所述的改性石墨烯的制备方法，其特征在于，所述将石墨烯和催化剂水溶液混合，得到石墨烯分散液之前，还包括对石墨烯进行多孔化处理，对石墨烯进行多孔化处理的方法包括：将碱金属氢氧化物与石墨烯混合；在加热条件下，使碱金属氢氧化物与石墨烯发生反应，得到含有多孔石墨烯的混合体系；将混合体系中的多孔石墨烯进行纯化，得到多孔石墨烯。
7.根据权利要求6所述的改性石墨烯的制备方法，其特征在于，所述将碱金属氢氧化物与石墨烯混合的方法为：将饱和的碱金属氢氧化物溶液与石墨烯研磨混合；其中，所述碱金属氢氧化物和石墨烯的质量比为(6-10):1；
所述在加热条件下，使碱金属氢氧化物与石墨烯发生反应的方法为：在惰性气体的保护下，将碱金属氢氧化物与石墨烯的混合体系加热至380℃-410℃，保温0.5h-1.5h，再加热至700℃-800℃，保温0.5h-1.5h。
8.根据权利要求1所述的改性石墨烯的制备方法，其特征在于，所述将反应体系中的改性石墨烯进行分离，得到改性石墨烯的方法为：
过滤含有改性石墨烯的反应体系，收集并洗涤沉淀物，直到洗涤后的沉淀物中无催化剂残留，得到洗涤后的沉淀物；
将所述洗涤后的沉淀物分散到水中，并进行离心，收集离心后的上清液，得到改性石墨烯分散液；
将所述改性石墨烯分散液进行过滤，得到改性石墨烯沉淀，将改性石墨烯沉淀进行干燥，得到改性石墨烯。
9.一种改性石墨烯，其特征在于，采用如权利要求1-8任一所述的改性石墨烯的制备方法制备而成。
10.一种电容器，包括电极浆料，其特征在于，所述电极浆料包括如权利要求9所述的改性石墨烯。
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