CN107159068B - 一种石墨烯复合气凝胶的制备方法 - Google Patents
一种石墨烯复合气凝胶的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107159068B CN107159068B CN201710474965.8A CN201710474965A CN107159068B CN 107159068 B CN107159068 B CN 107159068B CN 201710474965 A CN201710474965 A CN 201710474965A CN 107159068 B CN107159068 B CN 107159068B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- graphene
- graphene composite
- dispersion liquid
- additive component
- 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.)
- Active
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 192
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 177
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 75
- 239000004964 aerogel Substances 0.000 title claims abstract description 52
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 66
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 66
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 claims abstract description 55
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 28
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 27
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 22
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 24
- DWAQJAXMDSEUJJ-UHFFFAOYSA-M Sodium bisulfite Chemical compound [Na+].OS([O-])=O DWAQJAXMDSEUJJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 17
- 235000010267 sodium hydrogen sulphite Nutrition 0.000 claims description 17
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 15
- CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N Ascorbic acid Chemical compound OC[C@H](O)[C@H]1OC(=O)C(O)=C1O CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N 0.000 claims description 14
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 9
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 9
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 claims description 7
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 claims description 6
- 238000000352 supercritical drying Methods 0.000 claims description 6
- 238000007710 freezing Methods 0.000 claims description 5
- 230000008014 freezing Effects 0.000 claims description 5
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 5
- NWZSZGALRFJKBT-KNIFDHDWSA-N (2s)-2,6-diaminohexanoic acid;(2s)-2-hydroxybutanedioic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](O)CC(O)=O.NCCCC[C@H](N)C(O)=O NWZSZGALRFJKBT-KNIFDHDWSA-N 0.000 claims description 3
- PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N Ethylenediamine Chemical compound NCCN PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims description 3
- 235000010323 ascorbic acid Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000011668 ascorbic acid Substances 0.000 claims description 3
- 229960005070 ascorbic acid Drugs 0.000 claims description 3
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 claims description 3
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims description 3
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims description 3
- IKDUDTNKRLTJSI-UHFFFAOYSA-N hydrazine monohydrate Substances O.NN IKDUDTNKRLTJSI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N hydrogen iodide Chemical compound I XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229940071870 hydroiodic acid Drugs 0.000 claims description 3
- 238000010907 mechanical stirring Methods 0.000 claims description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 229910001507 metal halide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000005309 metal halides Chemical class 0.000 claims description 3
- 235000010378 sodium ascorbate Nutrition 0.000 claims description 3
- 229960005055 sodium ascorbate Drugs 0.000 claims description 3
- PPASLZSBLFJQEF-RKJRWTFHSA-M sodium ascorbate Substances [Na+].OC[C@@H](O)[C@H]1OC(=O)C(O)=C1[O-] PPASLZSBLFJQEF-RKJRWTFHSA-M 0.000 claims description 3
- 229940001607 sodium bisulfite Drugs 0.000 claims description 3
- 239000012279 sodium borohydride Substances 0.000 claims description 3
- 229910000033 sodium borohydride Inorganic materials 0.000 claims description 3
- PPASLZSBLFJQEF-RXSVEWSESA-M sodium-L-ascorbate Chemical compound [Na+].OC[C@H](O)[C@H]1OC(=O)C(O)=C1[O-] PPASLZSBLFJQEF-RXSVEWSESA-M 0.000 claims description 3
- 238000002210 supercritical carbon dioxide drying Methods 0.000 claims description 3
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 2
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 claims description 2
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 19
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 19
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- 229910052961 molybdenite Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052982 molybdenum disulfide Inorganic materials 0.000 description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- ZZZCUOFIHGPKAK-UHFFFAOYSA-N D-erythro-ascorbic acid Natural products OCC1OC(=O)C(O)=C1O ZZZCUOFIHGPKAK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229930003268 Vitamin C Natural products 0.000 description 4
- 229910000161 silver phosphate Inorganic materials 0.000 description 4
- 235000019154 vitamin C Nutrition 0.000 description 4
- 239000011718 vitamin C Substances 0.000 description 4
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 3
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 3
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 3
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titanium dioxide Inorganic materials O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 235000021317 phosphate Nutrition 0.000 description 2
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000002073 nanorod Substances 0.000 description 1
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 1
- 150000003013 phosphoric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J13/00—Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
- B01J13/0091—Preparation of aerogels, e.g. xerogels
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/18—Carbon
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/14—Phosphorus; Compounds thereof
- B01J27/16—Phosphorus; Compounds thereof containing oxygen, i.e. acids, anhydrides and their derivates with N, S, B or halogens without carriers or on carriers based on C, Si, Al or Zr; also salts of Si, Al and Zr
- B01J27/18—Phosphorus; Compounds thereof containing oxygen, i.e. acids, anhydrides and their derivates with N, S, B or halogens without carriers or on carriers based on C, Si, Al or Zr; also salts of Si, Al and Zr with metals other than Al or Zr
- B01J27/1802—Salts or mixtures of anhydrides with compounds of other metals than V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Tc, Re, e.g. phosphates, thiophosphates
- B01J27/1817—Salts or mixtures of anhydrides with compounds of other metals than V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Tc, Re, e.g. phosphates, thiophosphates with copper, silver or gold
-
- B01J35/39—
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G23/00—Compounds of titanium
- C01G23/04—Oxides; Hydroxides
- C01G23/047—Titanium dioxide
-
- 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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/10—Solid density
Abstract
本发明公开了一种石墨烯复合气凝胶的制备方法，首先将氧化石墨烯分散于去离子水中形成氧化石墨烯分散液；将某一添加成分分散于去离子水中形成该添加成分的分散液；经超声分散或搅拌后得到该添加成分与氧化石墨烯的均匀分散液；加入还原剂加热进行化学还原法还原，得到含有该添加成分的石墨烯复合水凝胶；重复得到含有另一添加成分的氧化石墨烯均匀分散液；并得到的石墨烯复合水凝胶的外围包裹上含有另一添加成分的石墨烯复合水凝胶；经过去杂干燥处理后得到同轴电缆型石墨烯复合水凝胶。利用该方法制备出的石墨烯复合气凝胶可复合石墨烯与添加的多种组分的优点，从而使石墨烯气凝胶具有多种特性和功能。
Description
技术领域
本发明涉及石墨烯材料技术领域，尤其涉及一种石墨烯复合气凝胶的制备方法。
背景技术
目前，石墨烯气凝胶是以石墨烯为主体的三维多孔网络结构，它具有石墨烯的纳米特性和气凝胶的宏观结构，具有很强的机械强度、电子传导能力和传质速率，多孔的网络结构还使它具有极大的比表面积和孔隙率、高的比表面积、超轻的密度，因而近年来受到了多领域的关注，在吸附、工业催化、环保、能源等领域具有广泛的应用。
为扩展石墨烯气凝胶的应用，现有技术利用各种方法制备出了含有不同组分的石墨烯复合气凝胶，如填充碳纳米管的石墨烯气凝胶、氮掺杂的石墨烯气凝胶、片状MoS2/石墨烯复合气凝胶、氮化铁掺杂的石墨烯气凝胶等，这些石墨烯气凝胶虽然显示出了不同的功能或特性，但是由于气凝胶中含有的组分种类较少，存在着功能或特性单一的缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种石墨烯复合气凝胶的制备方法，利用该方法制备出的石墨烯复合气凝胶可复合石墨烯与添加的多种组分的优点，从而使石墨烯气凝胶具有多种特性和功能。
一种石墨烯复合气凝胶的制备方法，所述方法包括：
步骤1、将氧化石墨烯分散于去离子水中形成氧化石墨烯分散液；
步骤2、按照实际需要将某一添加成分分散于去离子水中形成该添加成分的分散液；
步骤3、将步骤1和2所得到的分散液混合，经超声分散或搅拌后得到该添加成分与氧化石墨烯的均匀分散液；
步骤4、将步骤3得到的均匀分散液放入反应容器中，并加入还原剂加热进行化学还原法还原，得到含有该添加成分的石墨烯复合水凝胶；
步骤5、重复步骤1和2，得到含有另一添加成分的氧化石墨烯均匀分散液；
步骤6、将步骤4得到的石墨烯复合水凝胶放入步骤5的氧化石墨烯均匀分散液中，加入还原剂继续加热进行化学还原法还原，从而在步骤4得到的石墨烯复合水凝胶的外围包裹上含有另一添加成分的石墨烯复合水凝胶；
步骤7、重复步骤5和6，得到同轴电缆型的石墨烯复合水凝胶；
步骤8、将步骤7得到的同轴电缆型石墨烯复合水凝胶放入去离子水或氨水中，浸泡后去除反应残余杂质；
步骤9、将去除反应残余杂质后的石墨烯复合水凝胶进行冷冻干燥或超临界干燥，得到干燥后的同轴电缆型石墨烯复合水凝胶。
所述步骤2和步骤5中的添加成分包括金属、金属氧化物及多元金属氧化物、金属卤化物、无机碳材料、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐中的任意一种或几种。
在所述步骤3中，所述超声分散的超声功率40-1000W，超声频率20-80KHz；
所述搅拌为磁力搅拌或机械搅拌，转速为40-4000转/分。
在所述步骤4和6所加入的还原剂为亚硫酸氢钠、抗坏血酸、抗坏血酸钠、水合肼、葡萄糖、硼氢化钠、氢碘酸、乙二胺中的一种或多种。
在所述步骤8中的氨水质量浓度为5-28％，浸泡时间为1-10天。
在所述步骤9中的冷冻干燥条件包括：
冷冻温度为-5～-65℃，干燥温度为-45～10℃，真空度10～110Pa，干燥时间为12～96h；
且所述超临界干燥具体为超临界二氧化碳干燥。
最终所得到的石墨烯复合气凝胶的形状取决于所采用的反应容器形状，具体为圆柱形、椭圆形、三角形、正方形或长方形。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，利用上述方法制备出的石墨烯复合气凝胶可复合石墨烯与添加的多种组分的优点，从而使石墨烯气凝胶具有多种特性和功能，克服了石墨烯气凝胶单一特性的缺点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例所提供石墨烯复合气凝胶的制备方法流程示意图；
图2为本发明实施例所得到的同轴电缆型石墨烯复合水凝胶的示意图；
图3为本发明实施例所举出的同轴电缆型石墨烯复合气凝胶的场发射扫描电镜示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明实施例所制备的同轴电缆型石墨烯复合气凝胶是由含有某种组分的石墨烯气凝胶作为“核”，外面包围几层含有另外不同添加成分的石墨烯气凝胶作为“壳”，由此形成同轴电缆型的结构，该复合气凝胶兼备石墨烯与所添加的多种组分的优点，使得所制备的石墨烯气凝胶具有多种特性和功能。下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例所提供石墨烯复合气凝胶的制备方法流程示意图，所述制备方法包括：
步骤1、将氧化石墨烯分散于去离子水中形成氧化石墨烯分散液；
在该步骤中，氧化石墨烯按照本领域所知的合适方法进行制备，例如Hummers法制备。
步骤2、按照实际需要将某一添加成分分散于去离子水中形成该添加成分的分散液；
在该步骤中，所加入的添加成分可以包括金属、金属氧化物及多元金属氧化物、金属卤化物、无机碳材料、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐中的任意一种或几种。
另外，也可以按照需求不添加任何成分。
步骤3、将步骤1和2所得到的分散液混合，经超声分散或搅拌后得到该添加成分与氧化石墨烯的均匀分散液；
在该步骤中，所述超声分散的超声功率40-1000W，超声频率20-80KHz；
所述搅拌为磁力搅拌或机械搅拌，转速为40-4000转/分。
步骤4、将步骤3得到的均匀分散液放入反应容器中，并加入还原剂加热进行化学还原法还原，得到含有该添加成分的石墨烯复合水凝胶；
在该步骤中，所加入的还原剂为亚硫酸氢钠、抗坏血酸、抗坏血酸钠、水合肼、葡萄糖、硼氢化钠、氢碘酸、乙二胺中的一种或多种。
步骤5、重复步骤1和2，得到含有另一添加成分的氧化石墨烯均匀分散液；
步骤6、将步骤4得到的石墨烯复合水凝胶放入步骤5的氧化石墨烯均匀分散液中，加入还原剂继续加热进行化学还原法还原，从而在步骤4得到的石墨烯复合水凝胶的外围包裹上含有另一添加成分的石墨烯复合水凝胶；
步骤7、重复步骤5和6，得到同轴电缆型的石墨烯复合水凝胶；
步骤8、将步骤7得到的同轴电缆型石墨烯复合水凝胶放入去离子水或氨水中，浸泡后去除反应残余杂质；
在所述步骤8中的氨水质量浓度为5-28％，浸泡时间为1-10天。
步骤9、将去除反应残余杂质后的石墨烯复合水凝胶进行冷冻干燥或超临界干燥，得到干燥后的同轴电缆型石墨烯复合水凝胶。
在该步骤中，冷冻干燥条件包括：
冷冻温度为-5～-65℃，干燥温度为-45～10℃，真空度10～110Pa，干燥时间为12～96h；
且所述超临界干燥具体为超临界二氧化碳干燥。
具体实现中，最终所得到的石墨烯复合气凝胶的形状取决于所采用的反应容器形状，如图2所示为本发明实施例所得到的同轴电缆型石墨烯复合水凝胶的示意图，图中的石墨烯复合气凝胶为圆柱形，除了该圆柱形之外，也可以是椭圆形、三角形、正方形或长方形等其他任意形状。
下面以具体的实例对上述制备方法进行详细说明：
实施例1、具体步骤如下：
(1)将氧化石墨烯分散于去离子水中形成浓度为2mg/mL氧化石墨烯分散液；
(2)不添加其他组分；
(3)将步骤(1)得到的氧化石墨烯混合分散液加入亚硫酸氢钠(亚硫酸氢钠与氧化石墨烯质量比为1:30)，放入反应容器中于95℃还原8h得到石墨烯水凝胶；
(4)另取氧化石墨烯分散于去离子水中形成浓度为2mg/mL氧化石墨烯分散液；
(5)将碳纳米管分散于去离子水中形成浓度为3mg/mL的碳纳米管分散液；
(6)将步骤(4)和(5)得到的分散液混合，经过机械搅拌得到碳纳米管/氧化石墨烯均匀分散液；
(7)将步骤(3)得到的石墨烯水凝胶放入步骤(6)的碳纳米管/氧化石墨烯均匀分散液中，并加入亚硫酸氢钠(亚硫酸氢钠与氧化石墨烯质量比为1:30)，放入反应容器中于95℃还原8h得到碳纳米管/石墨烯复合水凝胶；
(8)另取氧化石墨烯分散于去离子水中形成浓度为2mg/mL氧化石墨烯分散液；
(9)将纳米TiO2粉体分散于去离子水中形成浓度为30mg/mL的TiO2分散液；
(10)将步骤(8)和(9)的分散液混合，经过磁力搅拌得到TiO2/氧化石墨烯均匀分散液；
(11)将步骤(7)得到的碳纳米管/石墨烯水凝胶放入步骤(10)的TiO2/氧化石墨烯均匀分散液中，并加入亚硫酸氢钠(亚硫酸氢钠与氧化石墨烯质量比为1:30)，放入反应容器中于95℃还原8h得到TiO2/碳纳米管/石墨烯复合水凝胶；
(12)将步骤(11)得到的复合石墨烯水凝胶放入28％氨水中，浸泡3天，去除反应残余杂质；
(13)将步骤(12)得到的石墨烯水凝胶进行冷冻干燥，最终得到TiO2/碳纳米管/石墨烯复合气凝胶。
上述所得到的同轴电缆型石墨烯复合水凝胶密度为14mg/cm3，如图3所示为本发明实施例所举出的同轴电缆型石墨烯复合气凝胶的场发射扫描电镜示意图，从图3可知：该同轴电缆型石墨烯复合水凝胶具有高弹性、高比表面积、优异的光催化性能功能。
实施例2、具体步骤包括：
(1)将氧化石墨烯分散于去离子水中形成浓度为3mg/mL氧化石墨烯分散液；
(2)将碳纳米管分散于去离子水中形成浓度为3mg/mL的碳纳米管分散液；；
(3)将步骤(1)和(2)得到的分散液混合，经过机械搅拌得到碳纳米管/氧化石墨烯均匀分散液；
(4)将步骤(3)得到的碳纳米管/氧化石墨烯混合分散液加入维生素C(维生素C与氧化石墨烯质量比为1:30)，放入反应容器中于95℃还原8h得到碳纳米管/石墨烯水凝胶；
(5)另取氧化石墨烯分散于去离子水中形成浓度为3mg/mL氧化石墨烯分散液；
(6)将MoS2纳米片分散于去离子水中形成浓度为3mg/mL的MoS2分散液；
(7)将步骤(5)和(6)得到的分散液混合，经过机械搅拌得到MoS2/氧化石墨烯均匀分散液；
(8)将步骤(4)得到的碳纳米管/石墨烯水凝胶放入步骤(7)的MoS2/氧化石墨烯均匀分散液中，并加入亚硫酸氢钠(亚硫酸氢钠与氧化石墨烯质量比为1:30)，放入反应容器中于95℃还原8h得到MoS2/碳纳米管/石墨烯复合水凝胶；
(9)另取氧化石墨烯分散于去离子水中形成浓度为2mg/mL氧化石墨烯分散液；
(10)将纳米SiO2粉体分散于去离子水中形成浓度为20mg/mL的SiO2分散液；
(11)将步骤(9)和(10)的分散液混合，经过磁力搅拌得到SiO2/氧化石墨烯均匀分散液；
(12)将步骤(8)得到的MoS2/碳纳米管/石墨烯水凝胶放入步骤(11)的SiO2/氧化石墨烯均匀分散液中，并加入亚硫酸氢钠(亚硫酸氢钠与氧化石墨烯质量比为1:30)，放入反应容器中于95℃还原8h得到SiO2/MoS2/碳纳米管/石墨烯复合水凝胶；
(13)将步骤(12)得到的复合石墨烯水凝胶放入28％氨水中，浸泡3天，去除反应残余杂质；
(14)将步骤(13)得到的石墨烯水凝胶进行冷冻干燥，得到SiO2/MoS2/碳纳米管/石墨烯复合气凝胶。
上述所得到的同轴电缆型石墨烯复合水凝胶具有高弹性、高比表面积、优异的电化学性能。
实施例3、具体步骤包括：
(1)将氧化石墨烯分散于去离子水中形成浓度为2mg/mL氧化石墨烯分散液；
(2)将ZnO纳米棒分散于去离子水中形成浓度为5mg/mL的ZnO分散液；
(3)将步骤(1)和(2)得到的分散液混合，经过机械搅拌得到ZnO/氧化石墨烯均匀分散液；
(4)将步骤(3)得到的ZnO/氧化石墨烯混合分散液加入维生素C(维生素C与氧化石墨烯质量比为1:30)，放入反应容器中于95℃还原8h得到ZnO/石墨烯水凝胶；
(5)另取氧化石墨烯分散于去离子水中形成浓度为2mg/mL氧化石墨烯分散液；
(6)将Ag3PO4纳米颗粒分散于去离子水中形成浓度为10mg/mL的Ag3PO4分散液；
(7)将步骤(5)和(6)得到的分散液混合，经过机械搅拌得到Ag3PO4/氧化石墨烯均匀分散液；
(8)将步骤(4)得到的ZnO/石墨烯水凝胶放入步骤(7)的Ag3PO4/氧化石墨烯均匀分散液中，并加入亚硫酸氢钠(亚硫酸氢钠与氧化石墨烯质量比为1:30)，放入反应容器中于95℃还原8h得到Ag3PO4/ZnO/石墨烯复合水凝胶；
(9)另取氧化石墨烯分散于去离子水中形成浓度为2mg/mL氧化石墨烯分散液；
(10)将纳米Ag颗粒分散于去离子水中形成浓度为5mg/mL的Ag分散液；
(11)将步骤(9)和(10)的分散液混合，经过磁力搅拌得到Ag/氧化石墨烯均匀分散液；
(12)将步骤(8)得到的Ag3PO4/ZnO/石墨烯水凝胶放入步骤(11)的Ag/氧化石墨烯均匀分散液中，并加入亚硫酸氢钠(亚硫酸氢钠与氧化石墨烯质量比为1:30)，放入反应容器中于95℃还原8h得到Ag/Ag3PO4/ZnO/石墨烯复合水凝胶；
(13)将步骤(12)得到的复合石墨烯水凝胶放入28％氨水中，浸泡5天，去除反应残余杂质；
(14)将步骤(13)得到的石墨烯水凝胶进行冷冻干燥，得到Ag/Ag3PO4/ZnO/石墨烯复合气凝胶。
上述所得到的同轴电缆型石墨烯复合水凝胶具有高弹性、高比表面积、优异的抗菌与光催化降解性能。
综上所述，利用该方法制备出的石墨烯复合气凝胶可复合石墨烯与添加的多种组分的优点，从而使石墨烯气凝胶具有多种特性和功能，克服了石墨烯气凝胶单一特性的缺点；呈现出具有高导电性、金属离子吸附、有机污染物吸附、光催化降解和超级电容器等多种方面的应用前景。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，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该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种石墨烯复合气凝胶的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1、将氧化石墨烯分散于去离子水中形成氧化石墨烯分散液；
步骤2、按照实际需要将某一添加成分分散于去离子水中形成该添加成分的分散液；
步骤3、将步骤1和2所得到的分散液混合，经超声分散或搅拌后得到该添加成分与氧化石墨烯的均匀分散液；
步骤4、将步骤3得到的均匀分散液放入反应容器中，并加入还原剂加热进行化学还原法还原，得到含有该添加成分的石墨烯复合水凝胶；
步骤5、重复步骤1和2，得到含有另一添加成分的氧化石墨烯均匀分散液；
步骤6、将步骤4得到的石墨烯复合水凝胶放入步骤5的氧化石墨烯均匀分散液中，加入还原剂继续加热进行化学还原法还原，从而在步骤4得到的石墨烯复合水凝胶的外围包裹上含有另一添加成分的石墨烯复合水凝胶；
步骤7、重复步骤5和6，得到同轴电缆型的石墨烯复合水凝胶；
步骤8、将步骤7得到的同轴电缆型石墨烯复合水凝胶放入去离子水或氨水中，浸泡后去除反应残余杂质；
步骤9、将去除反应残余杂质后的石墨烯复合水凝胶进行冷冻干燥或超临界干燥，得到干燥后的同轴电缆型石墨烯复合水凝胶。
2.根据权利要求1所述石墨烯复合气凝胶的制备方法，其特征在于，
所述步骤2和步骤5中的添加成分包括金属、金属氧化物、金属卤化物、无机碳材料、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐中的任意一种或几种。
3.根据权利要求1所述石墨烯复合气凝胶的制备方法，其特征在于，
在所述步骤3中，所述超声分散的超声功率40-1000W，超声频率20-80KHz；
所述搅拌为磁力搅拌或机械搅拌，转速为40-4000转/分。
4.根据权利要求1所述石墨烯复合气凝胶的制备方法，其特征在于，
在所述步骤4和6所加入的还原剂为亚硫酸氢钠、抗坏血酸、抗坏血酸钠、水合肼、葡萄糖、硼氢化钠、氢碘酸、乙二胺中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述石墨烯复合气凝胶的制备方法，其特征在于，
在所述步骤8中的氨水质量浓度为5-28％，浸泡时间为1-10天。
6.根据权利要求1所述石墨烯复合气凝胶的制备方法，其特征在于，在所述步骤9中的冷冻干燥条件包括：
冷冻温度为-5～-65℃，干燥温度为-45～10℃，真空度10～110Pa，干燥时间为12～96h；
且所述超临界干燥具体为超临界二氧化碳干燥。
7.根据权利要求1所述石墨烯复合气凝胶的制备方法，其特征在于，
最终所得到的石墨烯复合气凝胶的形状取决于所采用的反应容器形状，具体为圆柱形、椭圆形、三角形、正方形或长方形。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710474965.8A CN107159068B (zh) | 2017-06-21 | 2017-06-21 | 一种石墨烯复合气凝胶的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710474965.8A CN107159068B (zh) | 2017-06-21 | 2017-06-21 | 一种石墨烯复合气凝胶的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107159068A CN107159068A (zh) | 2017-09-15 |
| CN107159068B true CN107159068B (zh) | 2020-05-22 |
Family
ID=59819021
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710474965.8A Active CN107159068B (zh) | 2017-06-21 | 2017-06-21 | 一种石墨烯复合气凝胶的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107159068B (zh) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107706395A (zh) * | 2017-10-30 | 2018-02-16 | 成都格莱飞科技股份有限公司 | 一种聚酯/石墨烯气凝胶复合材料的制备方法 |
| CN108126682B (zh) * | 2017-12-20 | 2020-11-20 | 河北燕园众欣石墨烯科技有限公司 | 一种石墨烯杂化光催化剂水凝胶 |
| CN108165078A (zh) * | 2018-01-26 | 2018-06-15 | 北京欧美中科学技术研究院 | 一种导电涂料用石墨烯添加剂的制备方法 |
| CN108083262B (zh) * | 2018-02-01 | 2021-03-19 | 济南大学 | 一种还原氧化石墨烯-二氧化硅块体气凝胶的制备方法 |
| CN108546334A (zh) * | 2018-05-04 | 2018-09-18 | 东华大学 | 一种具有自修复功能的石墨烯/聚酰胺酸导电水凝胶的制备方法 |
| CN109107574A (zh) * | 2018-08-01 | 2019-01-01 | 兰州大学 | 银基含氧酸盐/氧化石墨烯气凝胶的制备方法及其制得的气凝胶和应用 |
| CN109833886A (zh) * | 2019-01-14 | 2019-06-04 | 武汉工程大学 | 一种二硫化钼/石墨烯复合气凝胶的合成方法 |
| CN110496609B (zh) * | 2019-09-25 | 2022-04-22 | 青岛科技大学 | 一种氧化石墨烯/羟基磷灰石纳米线多功能吸附气凝胶及其制备方法 |
| CN111762814A (zh) * | 2020-07-02 | 2020-10-13 | 西南大学 | TiO2(B)@RGO气凝胶负极材料的制备与应用 |
| CN112707391B (zh) * | 2021-01-04 | 2022-11-11 | 东华大学 | 一种复合水凝胶基的自供水型光热水蒸发装置 |
| CN112811930B (zh) * | 2021-02-26 | 2023-03-07 | 西安西域美唐电竞科技有限公司 | 一种基于3d打印的石墨烯气凝胶及其制备方法 |
| CN113060756B (zh) * | 2021-04-28 | 2023-05-09 | 中科南京绿色制造产业创新研究院 | 一种石墨烯-氧化锌三维多孔复合材料及其制备方法和应用 |
| CN113546663A (zh) * | 2021-07-15 | 2021-10-26 | 陕西科技大学 | 一种宏观可回收的二硫化钼/石墨相氮化碳/氧化石墨烯复合材料及其制备方法 |
| CN113801368B (zh) * | 2021-10-20 | 2022-11-15 | 陕西科技大学 | 一种用于电磁屏蔽的还原氧化石墨烯/芳纶纳米纤维复合气凝胶及其制备方法 |
| CN115367738B (zh) * | 2022-08-05 | 2023-07-21 | 广东墨睿科技有限公司 | 一种石墨烯气凝胶及其制备方法 |
| CN115874446B (zh) * | 2022-12-30 | 2023-07-11 | 浙江凌龙智尚科技股份有限公司 | 一种山羊绒和羊毛纤维织物整理剂及其制备方法 |
| CN116355462A (zh) * | 2023-03-30 | 2023-06-30 | 南方科技大学 | 一种无聚合物基质的导电墨水、复合传感器及其制备方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101941693B (zh) * | 2010-08-25 | 2012-07-25 | 北京理工大学 | 一种石墨烯气凝胶及其制备方法 |
| CN104271880A (zh) * | 2011-05-24 | 2015-01-07 | 快帽系统公司 | 用于高温应用的具有可再充电能量存储器的电力系统 |
| CN102674315B (zh) * | 2012-04-25 | 2014-08-13 | 浙江大学 | 一种石墨烯-碳纳米管复合全碳超轻弹性气凝胶及其制备方法 |
-
2017
- 2017-06-21 CN CN201710474965.8A patent/CN107159068B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107159068A (zh) | 2017-09-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107159068B (zh) | 一种石墨烯复合气凝胶的制备方法 | |
| Wang et al. | Recent progress in metal–organic framework/graphene-derived materials for energy storage and conversion: design, preparation, and application | |
| Gou et al. | Hierarchical porous carbon electrode materials for supercapacitor developed from wheat straw cellulosic foam | |
| Gao et al. | Metal-organic-framework derived carbon polyhedron and carbon nanotube hybrids as electrode for electrochemical supercapacitor and capacitive deionization | |
| Yeon et al. | Confinement of sulfur in the micropores of honeycomb-like carbon derived from lignin for lithium-sulfur battery cathode | |
| Liu et al. | Revitalizing carbon supercapacitor electrodes with hierarchical porous structures | |
| CN107195875B (zh) | 一种三维石墨烯包覆mof的复合物电极材料及其制备方法 | |
| Xu et al. | One-step strategy to graphene/Ni (OH) 2 composite hydrogels as advanced three-dimensional supercapacitor electrode materials | |
| CN104250005B (zh) | 一种石墨烯气凝胶及其制备方法和应用 | |
| JP6378059B2 (ja) | グラフェン酸化物発泡体、グラフェン酸化物／カーボンナノチューブ複合体発泡体、グラフェン・エアロゲル又はグラフェン／カーボンナノチューブ複合体エアロゲルの製造方法 | |
| CN104003368B (zh) | 一种多孔磷-氮共掺杂碳材料及其制备方法 | |
| KR102241526B1 (ko) | 산화그래핀 환원물-실리콘 금속입자 복합체를 포함하는 고밀도 음극재 제조방법 및 이에 의하여 제조되는 음극재를 포함하는 이차전지용 전극 | |
| CN105499600A (zh) | 一种制备银纳米线-石墨烯复合气凝胶的方法 | |
| CN105271170B (zh) | 一种纳米碳及其复合材料的制备方法 | |
| Zhang et al. | Targeted synthesis of NiS and NiS2 nanoparticles for high− performance hybrid supercapacitor via a facile green solid− phase synthesis route | |
| Kharissova et al. | All-carbon hybrid aerogels: synthesis, properties, and applications | |
| CN105217622A (zh) | 一种可控三维石墨烯微球的制备方法 | |
| CN104401979A (zh) | 石墨烯基复合气凝胶的相转移制备方法 | |
| CN105129927A (zh) | 石墨烯/碳纳米管气凝胶复合电容型脱盐电极的制备方法 | |
| Bandgar et al. | Superfast ice crystal-assisted synthesis of NiFe2O4 and ZnFe2O4 nanostructures for flexible high-energy density asymmetric supercapacitors | |
| Chaudhary et al. | 3D cellular lattice like-Ti3C2 MXene based aerogels embedded with metal selenides particles for energy storage and water splitting applications | |
| Shadkam et al. | Enhanced electrochemical performance of graphene aerogels by using combined reducing agents based on mild chemical reduction method | |
| Ding et al. | Rod-like nitrogen-doped carbon hollow shells for enhanced capacitive deionization | |
| CN103563984B (zh) | 一种用中气压射流等离子体制备氧化石墨烯/银抑菌复合材料的方法 | |
| Gao et al. | Hierarchical porous carbon doped with high content of nitrogen as sulfur host for high performance lithium–sulfur batteries |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |