CN107311163A - 一种石墨烯复合多孔炭的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种石墨烯复合多孔炭的制备方法,包括:A)将碳水化合物、催化剂、活性物质和石墨烯混合,水热反应,得到水凝胶;所述活性物质选自乙醇胺盐、聚乙烯铵盐、十六烷基溴化铵和聚乙烯醇中的一种或几种;B)将水凝胶用溶剂浸泡、常压干燥得到气凝胶;C)气凝胶与造孔剂混合,高温还原得到石墨烯复合多孔炭。本发明提供的石墨烯复合多孔炭的制备方法在水热的条件下,在催化剂和活性物质的协同作用下,碳水化合物部分脱水形成碳颗粒,并且通过化学交联作用,将石墨烯均匀分散在炭骨架中,然后通过高温还原,同时可以增强多孔炭骨架抵抗表面应力的作用从而避免冷冻干燥或者超临界干燥工艺。提供了一种工业化生产石墨烯复合多孔炭的方法。

Description

一种石墨烯复合多孔炭的制备方法
技术领域
本发明涉及电极材料技术领域,尤其是涉及一种石墨烯复合多孔炭的制备方法。
背景技术
石墨烯是由单层碳原子构成的二维平面结构,具有高的热导率、高强度、高的可见光透过率、高的比表面积、极低的电阻率等优异的物理性能。这使得石墨烯在储能、导热、电子器件等领域具有潜在的应用。在储能方面,石墨烯具有高的质量比容量,但体积比容量非常低,纯石墨烯作为活性材料用于锂电池、超级电容器受限。因此,其他材料通过复合石墨烯来改善自身的物理性能。例如,聚氯乙烯与石墨烯复合,弹性模量能提高~50%,抗拉强度提高~130%;石墨烯与碳前驱体复合制备成石墨烯基活性炭,可以大幅提高活性炭的比电容。
采用溶胶—凝胶法制备碳前驱体,进行碳化活化,可以获得高比电容的活性材料。在制备前驱体过程中,由于有机凝胶是充满溶剂的三维网络结构材料,常压干燥过程因受表面张力的作用,结构将发生坍塌。所以,为了保持其原有的结构,一般采用冷冻干燥或者超流体干燥的工艺进行干燥。此工艺涉及超低温或者高温高压,效率低,流程复杂,不利于大规模生产。
发明内容
有鉴于此,本发明要解决的技术问题在于提供一种石墨烯复合多孔炭的制备方法,本方法制备石墨烯复合多孔炭在干燥的过程可以增强骨架抵抗表面应力的作用从而避免冷冻干燥和超临界干燥工艺的使用。
本发明提供了一种石墨烯复合多孔炭的制备方法,包括:
A)将碳水化合物、催化剂、活性物质和石墨烯混合,水热反应,得到水凝胶;所述活性物质选自乙醇胺盐、聚乙烯铵盐、十六烷基溴化铵和聚乙烯醇中的一种或几种;
B)将水凝胶用溶剂浸泡、常压干燥得到气凝胶;
C)气凝胶与造孔剂混合,还原得到石墨烯复合多孔炭。
优选的,所述步骤A)具体为:将碳水化合物、催化剂、活性物质混合,而后在与石墨烯混合,水热反应,得到水凝胶。
优选的,所述碳水化合物选自葡萄糖、蔗糖、麦芽糖和淀粉等一种或多种。
优选的,所述碳水化合物与催化剂的质量比为(2~8):1;所述碳水化合物和活性物质的质量比为(16~40):1;所述碳水化合物和石墨烯的质量比为(200~800):(1~3)。
优选的,所述石墨烯为氧化石墨烯。
优选的,所述催化剂选自硼酸或硼酸盐。
优选的,所述步骤A)混合后还包括调节pH值至7~9。
优选的,所述水热反应的温度为150~200℃;水热反应的时间为3~24h。
优选的,所述步骤B)溶剂为乙醇;所述干燥的温度为80~150℃。
优选的,所述步骤C)为在惰性气体气氛下还原;所述还原的温度为600~1000℃;还原的时间为0.5~10h。
与现有技术相比,本发明提供了一种石墨烯复合多孔炭的制备方法,包括:A)将碳水化合物、催化剂、活性物质和石墨烯混合,水热反应,得到水凝胶;所述活性物质选自乙醇胺盐、聚乙烯铵盐、十六烷基溴化铵和聚乙烯醇中的一种或几种;B)将水凝胶用溶剂浸泡、常压干燥得到气凝胶;C)气凝胶与造孔剂混合,还原得到石墨烯复合多孔炭。本发明提供的石墨烯复合多孔炭的制备方法在水热的条件下,在催化剂和活性物质的协同作用下,碳水化合物部分脱水形成碳颗粒,通过化学交联作用,将石墨烯均匀分散在炭骨架中,然后通过高温还原,同时可以增强多孔炭骨架抵抗表面应力的作用从而避免冷冻干燥或者超临界干燥工艺。为推动工业化生产石墨烯复合多孔炭提供了一种有效地方法。
附图说明
图1为本发明实施例1得到的石墨烯复合多孔炭气凝胶实物图;
图2本发明实施例1得到的石墨烯复合多孔炭氮气吸脱附曲线;
图3本发明实施例1得到的石墨烯复合多孔炭的SEM图;
图4本发明实施例1得到的墨烯复合多孔炭的拉曼光谱图;
图5本发明实施例1得到的墨烯复合多孔炭用于超级电容器的恒流充放电曲线图。
具体实施方式
本发明提供了一种石墨烯复合多孔炭的制备方法,包括:
A)将碳水化合物、催化剂、活性物质和石墨烯混合,水热反应,得到水凝胶;所述活性物质选自乙醇胺盐、聚乙烯铵盐、十六烷基溴化铵和聚乙烯醇中的一种或几种;
B)将水凝胶用溶剂浸泡、常压干燥得到气凝胶;
C)气凝胶与造孔剂混合,还原得到石墨烯复合多孔炭。
本发明提供了一种石墨烯复合多孔炭的制备方法,首先将碳水化合物、催化剂、活性物质和石墨烯混合,水热反应,得到水凝胶。
按照本发明,所述步骤A)优选具体为:将碳水化合物、催化剂、活性物质混合,而后在与石墨烯混合,水热反应,得到水凝胶。
其中,所述碳水化合物与催化剂的质量比优选为(2~8):1;更优选为(3~7):1;最优选为(4~6):1。
所述碳水化合物和活性物质的质量比优选为(16~40):1;更优选为(18~38):1;最优选为(20~36):1。
所述碳水化合物和石墨烯的质量比优选为(200~800):(1~3);更优选为(220~780):(1~3)。
按照本发明,所述步骤A)更优选具体为:将催化剂搅拌溶解;而后将碳水化合物溶解于水中;而后将活性物质溶解与碳水化合物水溶液中;而后将石墨烯与碳水化合物水溶液混合,搅拌,调节pH值,水热反应,得到水凝胶。
其中,所述碳水化合物与水的质量比优选为(2~4):(3~15);更优选为(2~4):(4~14);所述水优选为去离子水。
所述活性物质与水的质量比优选为1:60。
按照本发明,本发明对于所述碳水化合物不进行限定,本领域技术人员熟知的即可;所述碳水化合物优选选自葡萄糖、蔗糖、麦芽糖和淀粉等一种或多种;更优选为葡萄糖、蔗糖和麦芽糖中的一种或多种。
按照本发明,所述活性物质选自乙醇胺盐、聚乙烯铵盐、十六烷基溴化铵和聚乙烯醇中的一种或几种。
所述石墨烯为氧化石墨烯,包括但不限于还原氧化石墨烯、氧化石墨烯、氮掺杂氧化石墨烯或硫掺杂氧化石墨烯和磷掺杂氧化石墨烯中的一种或几种。
按照本发明,所述催化剂优选选自硼酸或硼酸盐。本发明对于所述硼酸盐不进行限定,本领域技术人员熟知的即可;包括但不限于硼酸钠、硼酸钾。
本发明对于上述组分的来源不进行限定,可以为市售。
本发明对于上述混合不进行限定,本领域技术人员熟知的即可。优选为搅拌混合。所述搅拌混合的时间优选为1~1.2h。
所述混合后还包括调节pH值至7~9。
混合后优选为水热反应,本发明对于所述水热反应的具体装置不进行限定,本领域技术人员熟知的即可;可以为水热反应釜。
按照本发明,所述水热反应的温度优选为150℃~200℃;更优选为160℃~200℃;最优选为180℃~200℃。所述水热反应的时间优选为3~24h;更优选为5~20h;最优选为6~15h;最最优选为8~12h。
优选的,所述步骤B)溶剂为乙醇;所述干燥的温度为80~150℃。
优选的,所述步骤C)为在惰性气体气氛下还原;所述还原的温度为600~1000℃;还原的时间为0.5~10h。
在本发明中,所述活性物质一方面可以使得本发明的炭材料的粒子长大,另一方面与其交联形成更稳定的结构。本发明中含有硼酸根的催化剂利用硼原子可以与羟基进行配位反应,从而形成更为稳定的结构,相对于现有技术,方法更为简单,结构更为稳定,可以有效的避免常压干燥受表面张力的作用,结构将发生坍塌。
得到水凝胶后,优选冷却;本发明对于所述冷却方式不进行限定,可以为自然冷却;所述冷却后的温度优选为25~35℃;即为室温即可。
将水凝胶用溶剂浸泡、常压干燥得到气凝胶;优选具体为,将水凝胶清洗,采用溶剂浸泡,常压干燥得到气凝胶。
本发明对于所述清洗方式不进行限定,优选为超声清洗;所述清洗的时间优选为1~1.2h;所述清洗的次数为3~4次;所述清洗的溶剂优选为水;更优选为去离子水。
清洗后,采用溶剂浸泡;本发明对于所述溶剂不进行限定,低表面张力溶剂即可;包括但不限于乙醇。
在本发明中,所述浸泡的时间优选为8~10h。
浸泡后,常压干燥得到气凝胶。
本发明对于所述常压干燥的具体方式不进行限定,本领域技术人员熟知的即可;优选为烘箱;所述干燥的温度优选为80℃~150℃;更优选为80℃~120℃。
得到气凝胶后,将气凝胶与造孔剂混合,还原得到石墨烯复合多孔炭。
按照本发明,造孔剂与气凝胶混合的质量比优选为(1~8):1;更优选为(2~6):1;最优选为(2~5):1。
本发明对于所述造孔剂的具体组分不进行限定,本领域技术人员熟知的即可;包括但不限于氢氧化钾。
按照本发明,所述还原优选为在惰性气体气氛下还原;所述惰性气体优选为氮气、氦气或氩气;更优选为氮气或氩气。
所述还原的温度优选为600~1000℃;更优选为600~900℃;所述还原的时间优选为0.5~10h。
本发明提供了一种石墨烯复合多孔炭的制备方法,包括:A)将碳水化合物、催化剂、活性物质和石墨烯混合,水热反应,得到水凝胶;所述活性物质选自乙醇胺盐、聚乙烯铵盐、十六烷基溴化铵和聚乙烯醇中的一种或几种;B)将水凝胶用溶剂浸泡、常压干燥得到气凝胶;C)气凝胶与造孔剂混合,还原得到石墨烯复合多孔炭。本发明提供的石墨烯复合多孔炭的制备方法在水热的条件下,通过化学交联作用,将石墨烯均匀分散在炭骨架中,然后通过高温还原,同时可以增强多孔炭骨架抵抗表面应力的作用从而避免冷冻干燥或者超临界干燥工艺。为推动工业化生产石墨烯复合多孔炭提供了一种有效地方法。
本发明还提供了一种由上述技术方案制备得到的石墨烯复合多孔炭。
本发明制备得到的石墨烯复合多孔炭可以用作电极材料,尤其是超级电容器。因此,本发明还提供了一种上述技术方案制备得到的石墨烯复合多孔炭在电极材料和超级电容器中的应用。
本发明提供了一种电极材料,包括由上述技术方案制备得到的石墨烯复合多孔炭。
为了进一步说明本发明,以下结合实施例对本发明提供的石墨烯复合多孔炭的制备方法进行详细描述。
实施例1
将葡萄糖、十六烷基溴化铵和去离子水按质量比16:1:60混合,并搅拌直至溶解配制成A溶液。然后将氧化石墨烯(与葡萄糖的质量比为3:200)分散于A溶液中,在这之后,缓慢加入硼酸钠(与葡萄糖的质量比为1:4)并搅拌,同时调整混合溶液的pH值至8,再继续搅拌1小时。将混合溶液置于密闭容器中,加热至180℃,并保持8小时。冷却至室温后,将石墨烯复合多孔炭浸泡于水中,超声清洗1小时,重复3~4次后。将石墨烯复合多孔炭浸泡于乙醇中8小时,将石墨烯复合多孔炭置于80℃烘箱中烘干;然后与造孔剂质量比1:4混合,最后在氮气气氛下对石墨烯复合多孔炭进一步高温处理,温度为600℃,时间2h,获得石墨烯复合多孔炭材料。
图1为本发明实施例1得到的石墨烯复合多孔炭气凝胶实物图;由图1可以看出干燥后,依然保持其原有的块体形状,并未大幅收缩;图2为本发明实施例1得到的石墨烯复合多孔炭材料氮气吸脱附曲线;由图2可以看出吸附曲线在低压区迅速上升,说明存在较多的微孔;在中压区,脱附曲线滞后于吸附曲线形成明显的滞后环,说明存在介孔。总比表面积为~1438m2/g,微孔比表面积为~1203m2/g,微孔主要提升比电容,而介孔主要有助于离子的扩散,提升其倍率性能。
对制备得到的石墨烯复合多孔炭材料进行SEM,结果如图3所示,图3为本发明实施例1得到的石墨烯复合多孔炭的SEM图;由图3可以看出石墨烯片层分散于整个网络结构中,并且纳米级别的交联的碳粒子附着在石墨烯片层上,还原后的石墨烯作为高导电材料,可以极大地提高电子输运速率。有助于电化学性能的提升。
对制备得到的石墨烯复合多孔炭材料进行多孔炭的拉曼光谱测定,结果如图4所示,图4为本发明实施例1得到的墨烯复合多孔炭的拉曼光谱图;由图4可以看出石墨烯被很好的还原,有利于提升材料的倍率性能,在大的充放电流的情况下依然保持高的比电容。
对制备得到的复合材料进行电化学性能测试,结果如图5所示,图5为本发明实施例1得到的石墨烯复合多孔炭用于超级电容器的恒流充放电曲线图;由图5可以看出其具有较高的比电容,以6M的氢氧化钾溶液为电解液,在0.1A/g的电流密度下其比电容~159F/g,在0.2A/g的电流密度下其比电容~154F/g,在1A/g的电流密度下其比电容~150F/g。
实施例2
将葡萄糖、十六烷基溴化铵和去离子水按质量比30:1:60混合,并搅拌直至溶解配制成A溶液。然后将氧化石墨烯(与葡萄糖的质量比为3:200)分散于A溶液中,在这之后,缓慢加入硼酸钠(与葡萄糖的质量比为1:4)并搅拌,同时调整混合溶液的pH值至8,再继续搅拌1小时。将混合溶液置于密闭容器中,加热至180℃,并保持8小时。冷却至室温后,将石墨烯复合多孔炭浸泡于水中,超声清洗1小时,重复3~4次后。将石墨烯复合多孔炭浸泡于乙醇中8小时,将石墨烯复合多孔炭置于80℃烘箱中烘干;然后与造孔剂质量比1:4混合,最后在氮气气氛下对石墨烯复合多孔炭进一步高温处理,温度为600℃,时间2h,获得石墨烯复合多孔炭材料。
按照实施例1的方法测试获得石墨烯复合多孔炭材料的比表面积为~1230m2/g,微孔比表面积为~1080m2/g。
参照实施例1的方法制作超级电容器,并进行电化学性能测试,结果:在0.1A/g的电流密度下其比电容~142F/g,在0.2A/g的电流密度下其比电容~139F/g,在1A/g的电流密度下其比电容~135F/g。
实施例3
将葡萄糖、十六烷基溴化铵和去离子水按质量比40:1:60混合,并搅拌直至溶解配制成A溶液。然后将氧化石墨烯(与葡萄糖的质量比为3:200)分散于A溶液中,在这之后,缓慢加入硼酸钠(与葡萄糖的质量比为1:8)并搅拌,同时调整混合溶液的pH值至8,再继续搅拌1小时。将混合溶液置于密闭容器中,加热至180℃,并保持8小时。冷却至室温后,将石墨烯复合多孔炭浸泡于水中,超声清洗1小时,重复3~4次后。将石墨烯复合多孔炭浸泡于乙醇中8小时,将石墨烯复合多孔炭置于80℃烘箱中烘干;然后与造孔剂质量比1:4混合,最后在氮气气氛下对石墨烯复合多孔炭进一步高温处理,温度为600℃,时间2h,获得石墨烯复合多孔炭材料。
按照实施例1的方法测试获得石墨烯复合多孔炭材料的比表面积为~1290m2/g,微孔比表面积为~1100m2/g。
参照实施例1的方法制作超级电容器,并进行电化学性能测试,结果:在0.1A/g的电流密度下其比电容~145F/g,在0.2A/g的电流密度下其比电容~138F/g,在1A/g的电流密度下其比电容~132F/g。
实施例4
将葡萄糖、十六烷基溴化铵和去离子水按质量比16:1:60混合,并搅拌直至溶解配制成A溶液。然后将氧化石墨烯(与葡萄糖的质量比为1:200)分散于A溶液中,在这之后,缓慢加入硼酸钠(与葡萄糖的质量比为1:4)并搅拌,同时调整混合溶液的pH值至8,再继续搅拌1小时。将混合溶液置于密闭容器中,加热至180℃,并保持8小时。冷却至室温后,将石墨烯复合多孔炭浸泡于水中,超声清洗1小时,重复3~4次后。将石墨烯复合多孔炭浸泡于乙醇中8小时,将石墨烯复合多孔炭置于80℃烘箱中烘干;然后与造孔剂质量比1:4混合,最后在氮气气氛下对石墨烯复合多孔炭进一步高温处理,温度为600℃,时间2h,获得石墨烯复合多孔炭材料。
按照实施例1的方法测试获得石墨烯复合多孔炭材料的比表面积为~1203m2/g,微孔比表面积为~990m2/g。
参照实施例1的方法制作超级电容器,并进行电化学性能测试,结果:在0.1A/g的电流密度下其比电容~141F/g,在0.2A/g的电流密度下其比电容~139F/g,在1A/g的电流密度下其比电容~130F/g。
实施例5
将葡萄糖、十六烷基溴化铵和去离子水按质量比20:1:60混合,并搅拌直至溶解配制成A溶液。然后将氧化石墨烯(与葡萄糖的质量比为1:400)分散于A溶液中,在这之后,缓慢加入硼酸钠(与葡萄糖的质量比为1:8)并搅拌,同时调整混合溶液的pH值至8,再继续搅拌1小时。将混合溶液置于密闭容器中,加热至180℃,并保持8小时。冷却至室温后,将石墨烯复合多孔炭浸泡于水中,超声清洗1小时,重复3~4次后。将石墨烯复合多孔炭浸泡于乙醇中8小时,将石墨烯复合多孔炭置于80℃烘箱中烘干;然后与造孔剂质量比1:4混合,最后在氮气气氛下对石墨烯复合多孔炭进一步高温处理,温度为600℃,时间2h,获得石墨烯复合多孔炭材料。
按照实施例1的方法测试获得石墨烯复合多孔炭材料的比表面积为~1270m2/g,微孔比表面积为~1010m2/g。
参照实施例1的方法制作超级电容器,并进行电化学性能测试,结果:在0.1A/g的电流密度下其比电容~145F/g,在0.2A/g的电流密度下其比电容~138F/g,在1A/g的电流密度下其比电容~129F/g。
实施例6
将葡萄糖、十六烷基溴化铵和去离子水按质量比24:1:60混合,并搅拌直至溶解配制成A溶液。然后将氧化石墨烯(与葡萄糖的质量比为1:800)分散于A溶液中,在这之后,缓慢加入硼酸钠(与葡萄糖的质量比为1:6)并搅拌,同时调整混合溶液的pH值至8,再继续搅拌1小时。将混合溶液置于密闭容器中,加热至180℃,并保持8小时。冷却至室温后,将石墨烯复合多孔炭浸泡于水中,超声清洗1小时,重复3~4次后。将石墨烯复合多孔炭浸泡于乙醇中8小时,将石墨烯复合多孔炭置于80℃烘箱中烘干;然后与造孔剂质量比1:4混合,最后在氮气气氛下对石墨烯复合多孔炭进一步高温处理,温度为600℃,时间2h,获得石墨烯复合多孔炭材料。
按照实施例1的方法测试获得石墨烯复合多孔炭材料的比表面积为~1190m2/g,微孔比表面积为~1010m2/g。
参照实施例1的方法制作超级电容器,并进行电化学性能测试,结果:在0.1A/g的电流密度下其比电容~142F/g,在0.2A/g的电流密度下其比电容~139F/g,在1A/g的电流密度下其比电容~127F/g。
实施例7
将葡萄糖、十六烷基溴化铵和去离子水按质量比16:1:60混合,并搅拌直至溶解配制成A溶液。然后将氧化石墨烯(与葡萄糖的质量比为3:200)分散于A溶液中,在这之后,缓慢加入硼酸钠(与葡萄糖的质量比为1:4)并搅拌,同时调整混合溶液的pH值至7,再继续搅拌1小时。将混合溶液置于密闭容器中,加热至180℃,并保持8小时。冷却至室温后,将石墨烯复合多孔炭浸泡于水中,超声清洗1小时,重复3~4次后。将石墨烯复合多孔炭浸泡于乙醇中8小时,将石墨烯复合多孔炭置于80℃烘箱中烘干;然后与造孔剂质量比1:4混合,最后在氮气气氛下对石墨烯复合多孔炭进一步高温处理,温度为600℃,时间2h,获得石墨烯复合多孔炭材料。
按照实施例1的方法测试获得石墨烯复合多孔炭材料的比表面积为~1430m2/g,微孔比表面积为~1180m2/g。
参照实施例1的方法制作超级电容器,并进行电化学性能测试,结果:在0.1A/g的电流密度下其比电容~154F/g,在0.2A/g的电流密度下其比电容~152F/g,在1A/g的电流密度下其比电容~149F/g。
实施例8
将葡萄糖、十六烷基溴化铵和去离子水按质量比30:1:60混合,并搅拌直至溶解配制成A溶液。然后将氧化石墨烯(与葡萄糖的质量比为3:800)分散于A溶液中,在这之后,缓慢加入硼酸钠(与葡萄糖的质量比为1:4)并搅拌,同时调整混合溶液的pH值至9,再继续搅拌1小时。将混合溶液置于密闭容器中,加热至180℃,并保持8小时。冷却至室温后,将石墨烯复合多孔炭浸泡于水中,超声清洗1小时,重复3~4次后。将石墨烯复合多孔炭浸泡于乙醇中8小时,将石墨烯复合多孔炭置于80℃烘箱中烘干;然后与造孔剂质量比1:4混合,最后在氮气气氛下对石墨烯复合多孔炭进一步高温处理,温度为600℃,时间2h,获得石墨烯复合多孔炭材料。
按照实施例1的方法测试获得石墨烯复合多孔炭材料的比表面积为~1460m2/g,微孔比表面积为~1100m2/g。
参照实施例1的方法制作超级电容器,并进行电化学性能测试,结果:在0.1A/g的电流密度下其比电容~156F/g,在0.2A/g的电流密度下其比电容~155F/g,在1A/g的电流密度下其比电容~150F/g。
实施例9
将葡萄糖、十六烷基溴化铵和去离子水按质量比20:1:60混合,并搅拌直至溶解配制成A溶液。然后将氧化石墨烯(与葡萄糖的质量比为1:400)分散于A溶液中,在这之后,缓慢加入硼酸钠(与葡萄糖的质量比为1:6)并搅拌,同时调整混合溶液的pH值至8,再继续搅拌1小时。将混合溶液置于密闭容器中,加热至150℃,并保持8小时。冷却至室温后,将石墨烯复合多孔炭浸泡于水中,超声清洗1小时,重复3~4次后。将石墨烯复合多孔炭浸泡于乙醇中8小时,将石墨烯复合多孔炭置于80℃烘箱中烘干;然后与造孔剂质量比1:4合,最后在氮气气氛下对石墨烯复合多孔炭进一步高温处理,温度为600℃,时间2h,获得石墨烯复合多孔炭材料。
按照实施例1的方法测试获得石墨烯复合多孔炭材料的比表面积为~1370m2/g,微孔比表面积为~1020m2/g。
参照实施例1的方法制作超级电容器,并进行电化学性能测试,结果:在0.1A/g的电流密度下其比电容~143F/g,在0.2A/g的电流密度下其比电容~140F/g,在1A/g的电流密度下其比电容~135F/g。
实施例10
将葡萄糖、十六烷基溴化铵和去离子水按质量比35:1:60混合,并搅拌直至溶解配制成A溶液。然后将氧化石墨烯(与葡萄糖的质量比为3:200)分散于A溶液中,在这之后,缓慢加入硼酸钠(与葡萄糖的质量比为1:6)并搅拌,同时调整混合溶液的pH值至8,再继续搅拌1小时。将混合溶液置于密闭容器中,加热至200℃,并保持8小时。冷却至室温后,将石墨烯复合多孔炭浸泡于水中,超声清洗1小时,重复3~4次后。将石墨烯复合多孔炭浸泡于乙醇中8小时,将石墨烯复合多孔炭置于80℃烘箱中烘干;然后与造孔剂质量比1:4混合,最后在氮气气氛下对石墨烯复合多孔炭进一步高温处理,温度为600℃,时间2h,获得石墨烯复合多孔炭材料。
按照实施例1的方法测试获得石墨烯复合多孔炭材料的比表面积为~1400m2/g,微孔比表面积为~1060m2/g。
参照实施例1的方法制作超级电容器,并进行电化学性能测试,结果:在0.1A/g的电流密度下其比电容~148F/g,在0.2A/g的电流密度下其比电容~147F/g,在1A/g的电流密度下其比电容~142F/g。
实施例11
将葡萄糖、十六烷基溴化铵和去离子水按质量比16:1:60混合,并搅拌直至溶解配制成A溶液。然后将氧化石墨烯(与葡萄糖的质量比为3:200)分散于A溶液中,在这之后,缓慢加入硼酸钠(与葡萄糖的质量比为1:4)并搅拌,同时调整混合溶液的pH值至8,再继续搅拌1小时。将混合溶液置于密闭容器中,加热至180℃,并保持3小时。冷却至室温后,将石墨烯复合多孔炭浸泡于水中,超声清洗1小时,重复3~4次后。将石墨烯复合多孔炭浸泡于乙醇中8小时,将石墨烯复合多孔炭置于80℃烘箱中烘干;然后与造孔剂质量比1:4混合,最后在氮气气氛下对石墨烯复合多孔炭进一步高温处理,温度为600℃,时间2h,获得石墨烯复合多孔炭材料。
按照实施例1的方法测试获得石墨烯复合多孔炭材料的比表面积为~1160m2/g,微孔比表面积为~968m2/g。
参照实施例1的方法制作超级电容器,并进行电化学性能测试,结果:在0.1A/g的电流密度下其比电容~135F/g,在0.2A/g的电流密度下其比电容~132F/g,在1A/g的电流密度下其比电容~124F/g。
实施例12
将葡萄糖、十六烷基溴化铵和去离子水按质量比16:1:60混合,并搅拌直至溶解配制成A溶液。然后将氧化石墨烯(与葡萄糖的质量比为1:200)分散于A溶液中,在这之后,缓慢加入硼酸钠(与葡萄糖的质量比为1:8)并搅拌,同时调整混合溶液的pH值至8,再继续搅拌1小时。将混合溶液置于密闭容器中,加热至180℃,并保持24小时。冷却至室温后,将石墨烯复合多孔炭浸泡于水中,超声清洗1小时,重复3~4次后。将石墨烯复合多孔炭浸泡于乙醇中8小时,将石墨烯复合多孔炭置于80℃烘箱中烘干;然后与造孔剂质量比1:4混合,最后在氮气气氛下对石墨烯复合多孔炭进一步高温处理,温度为600℃,时间2h,获得石墨烯复合多孔炭材料。
按照实施例1的方法测试获得石墨烯复合多孔炭材料的比表面积为~1360m2/g,微孔比表面积为~1090m2/g。
参照实施例1的方法制作超级电容器,并进行电化学性能测试,结果:在0.1A/g的电流密度下其比电容~150F/g,在0.2A/g的电流密度下其比电容~148F/g,在1A/g的电流密度下其比电容~145F/g。
实施例13
将葡萄糖、十六烷基溴化铵和去离子水按质量比30:1:60混合,并搅拌直至溶解配制成A溶液。然后将氧化石墨烯(与葡萄糖的质量比为3:200)分散于A溶液中,在这之后,缓慢加入硼酸钠(与葡萄糖的质量比为1:2)并搅拌,同时调整混合溶液的pH值至8,再继续搅拌1小时。将混合溶液置于密闭容器中,加热至180℃,并保持8小时。冷却至室温后,将石墨烯复合多孔炭浸泡于水中,超声清洗1小时,重复3~4次后。将石墨烯复合多孔炭浸泡于乙醇中8小时,将石墨烯复合多孔炭置于80℃烘箱中烘干;然后与造孔剂质量比1:4混合,最后在氮气气氛下对石墨烯复合多孔炭进一步高温处理,温度为800℃,时间2h,获得石墨烯复合多孔炭材料。
按照实施例1的方法测试获得石墨烯复合多孔炭材料的比表面积为~1380m2/g,微孔比表面积为~1000m2/g。
参照实施例1的方法制作超级电容器,并进行电化学性能测试,结果:在0.1A/g的电流密度下其比电容~148F/g,在0.2A/g的电流密度下其比电容~147F/g,在1A/g的电流密度下其比电容~145F/g。
实施例14
将葡萄糖、十六烷基溴化铵和去离子水按质量比16:1:60混合,并搅拌直至溶解配制成A溶液。然后将氧化石墨烯(与葡萄糖的质量比为1:800)分散于A溶液中,在这之后,缓慢加入硼酸钠(与葡萄糖的质量比为1:4)并搅拌,同时调整混合溶液的pH值至8,再继续搅拌1小时。将混合溶液置于密闭容器中,加热至180℃,并保持8小时。冷却至室温后,将石墨烯复合多孔炭浸泡于水中,超声清洗1小时,重复3~4次后。将石墨烯复合多孔炭浸泡于乙醇中8小时,将石墨烯复合多孔炭置于80℃烘箱中烘干;然后与造孔剂质量比1:4混合,最后在氮气气氛下对石墨烯复合多孔炭进一步高温处理,温度为1000℃,时间2h,获得石墨烯复合多孔炭材料。
按照实施例1的方法测试获得石墨烯复合多孔炭材料的比表面积为~1170m2/g,微孔比表面积为~877m2/g。
参照实施例1的方法制作超级电容器,并进行电化学性能测试,结果:在0.1A/g的电流密度下其比电容~138F/g,在0.2A/g的电流密度下其比电容~136F/g,在1A/g的电流密度下其比电容~130F/g。
实施例15
将蔗糖、十六烷基溴化铵和去离子水按质量比40:1:60混合,并搅拌直至溶解配制成A溶液。然后将氧化石墨烯(与蔗糖的质量比为3:200)分散于A溶液中,在这之后,缓慢加入硼酸钠(与蔗糖的质量比为1:2)并搅拌,同时调整混合溶液的pH值至8,再继续搅拌1小时。将混合溶液置于密闭容器中,加热至180℃,并保持8小时。冷却至室温后,将石墨烯复合多孔炭浸泡于水中,超声清洗1小时,重复3~4次后。将石墨烯复合多孔炭浸泡于乙醇中8小时,将石墨烯复合多孔炭置于80℃烘箱中烘干;然后与造孔剂质量比1:4混合,最后在氮气气氛下对石墨烯复合多孔炭进一步高温处理,温度为800℃,时间2h,获得石墨烯复合多孔炭材料。
按照实施例1的方法测试获得石墨烯复合多孔炭材料的比表面积为~1343m2/g,微孔比表面积为~1160m2/g。
参照实施例1的方法制作超级电容器,并进行电化学性能测试,结果:在0.1A/g的电流密度下其比电容~154F/g,在0.2A/g的电流密度下其比电容~153F/g,在1A/g的电流密度下其比电容~148F/g。
实施例16
将葡萄糖、聚乙烯醇和去离子水按质量比20:1:60混合,并搅拌直至溶解配制成A溶液。然后将氧化石墨烯(与葡萄糖的质量比为3:200)分散于A溶液中,在这之后,缓慢加入硼酸钠(与葡萄糖的质量比为1:8)并搅拌,同时调整混合溶液的pH值至8,再继续搅拌1小时。将混合溶液置于密闭容器中,加热至180℃,并保持8小时。冷却至室温后,将石墨烯复合多孔炭浸泡于水中,超声清洗1小时,重复3~4次后。将石墨烯复合多孔炭浸泡于乙醇中8小时,将石墨烯复合多孔炭置于80℃烘箱中烘干;然后与造孔剂质量比1:4混合,最后在氮气气氛下对石墨烯复合多孔炭进一步高温处理,温度为800℃,时间2h,获得石墨烯复合多孔炭材料。
按照实施例1的方法测试获得石墨烯复合多孔炭材料的比表面积为~1280m2/g,微孔比表面积为~1070m2/g。
参照实施例1的方法制作超级电容器,并进行电化学性能测试,结果:在0.1A/g的电流密度下其比电容~148F/g,在0.2A/g的电流密度下其比电容~146F/g,在1A/g的电流密度下其比电容~141F/g。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种石墨烯复合多孔炭的制备方法,其特征在于,包括:
A)将碳水化合物、催化剂、活性物质和石墨烯混合,水热反应,得到水凝胶;所述活性物质选自乙醇胺盐、聚乙烯铵盐、十六烷基溴化铵和聚乙烯醇中的一种或几种;
B)将水凝胶用溶剂浸泡、常压干燥得到气凝胶;
C)气凝胶与造孔剂混合,还原得到石墨烯复合多孔炭。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤A)具体为:将碳水化合物、催化剂、活性物质混合,而后再与石墨烯混合,水热反应,得到水凝胶。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述碳水化合物选自葡萄糖、蔗糖、麦芽糖和淀粉等一种或多种。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述碳水化合物与催化剂的质量比为(2~8):1;所述碳水化合物和活性物质的质量比为(16~40):1;所述碳水化合物和石墨烯的质量比为(200~800):(1~3)。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述石墨烯为氧化石墨烯。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述催化剂选自硼酸或硼酸盐。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤A)混合后还包括调节pH值至7~9。
8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述水热反应的温度为150~200℃;水热反应的时间为3~24h。
9.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤B)溶剂为乙醇;所述干燥的温度为80~150℃。
10.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤C)为在惰性气体气氛下还原;所述还原的温度为600~1000℃;还原的时间为0.5~10h。
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