CN108117064B - 一种褶皱石墨烯的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种褶皱石墨烯的制备方法，将水溶性碳源与模板剂、氧化石墨烯混合均匀而得到混合液，模板剂物选自聚苯乙烯纳米微球或者聚甲基丙烯酸甲酯纳米微球，碳源的浓度为1‑100g/l，模板剂与碳源的质量比为0:1‑50:1，氧化石墨烯与碳源的质量比为1:10‑1:1000；将混合液喷雾干燥，喷雾干燥的温度为100‑600℃，得到碳源/模板剂粉末颗粒；将得到的粉末颗粒在惰性气体氛围中热处理，热处理温度在500℃至2800℃之间，得到褶皱石墨烯。本发明的高温热处理使碳源/模板剂粉末颗粒中的模板以二氧化碳、水等无毒无害气体释放，既对环境友好，同时还将生物质充分炭化转变为褶皱石墨烯。

Description

一种褶皱石墨烯的制备方法
技术领域
本发明属于化工领域，涉及一种石墨烯，具体来说是一种褶皱石墨烯的制备方法。
背景技术
理论上二维的石墨烯具有非常高的比表面积、电导率和载流子迁移率等，是目前的研究热点之一。目前石墨烯应用中存在的问题之一是：由于石墨烯片层之间存在范德华力，使得片层与片层之间非常容易堆叠，这就导致其比表面积大大降低，从而限制了其优异性能的发挥。一种可行的方案就是将石墨烯的二维纳米片层结构转化为三维褶皱状结构来解决其团聚问题。由于其独特的三维结构，三维褶皱石墨烯很好地解决了石墨烯的团聚问题，并且具有很好的分散性能和结构稳定性，能够分散于大多数溶剂，为其进一步应用打下了良好的基础。但是，目前褶皱石墨烯的原料为氧化石墨烯，氧化石墨烯主要是由石墨经过强酸和强氧化剂插层氧化而制成，制备过程中需要消耗大量的强酸和强氧化剂，并且产生大量的废液，给环境造成了很大的负担。
发明内容
针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种褶皱石墨烯的制备方法，所述的这种褶皱石墨烯的制备方法要解决现有技术中制备褶皱石墨烯的方法需要消耗大量的强酸和强氧化剂，会产生大量的废液，给环境造成了很大的负担的技术问题。
本发明提供了一种褶皱石墨烯的制备方法，包括如下步骤：
1)将水溶性碳源与模板剂、氧化石墨烯混合均匀而得到混合液，所述的碳源选自葡萄糖、果糖、蔗糖或者麦芽糖，所述的模板剂物选自聚苯乙烯纳米微球或者聚甲基丙烯酸甲酯纳米微球，所述的碳源的浓度为1-100g/l，所述的模板剂与碳源的质量比为0: 1-50:1，所述的氧化石墨烯与碳源的质量比为1:10-1:1000；
2)将混合液喷雾干燥，喷雾干燥的温度为100-600℃，得到碳源/模板剂粉末颗粒；
3)将得到的粉末颗粒在惰性气体氛围中热处理，热处理温度在500℃至2800℃之间，得到褶皱石墨烯。
进一步的，本发明通过控制氧化石墨烯的含量促进碳源炭化，通过模板剂与碳源的质量比的变化来控制褶皱石墨烯的层数以及褶皱程度。
进一步的，所述的模板剂与碳源的质量比为0.25：5，所述的氧化石墨烯与碳源的质量比为0.05:5。
进一步的，所述的模板剂与碳源的质量比为0.1:2，所述的氧化石墨烯与碳源的质量比为0.01:2。
进一步的，所述的氧化石墨烯与碳源的质量比为0.02:8。
进一步的，步骤3）的热处理温度在500℃至1100℃之间；热处理时间则为0.5-4 小时。
进一步的，步骤3）的惰性保护气体使用氩气或者氮气。
进一步的，水溶性碳源优选为葡萄糖。
本发明提供了一种利用价格低廉可再生的生物质为碳源，制备褶皱石墨烯的方法，将水溶性碳源与模板剂、氧化石墨烯（催化剂）混合均匀而得到混合液；将混合液喷雾快速干燥使其中的溶剂快速挥发而得到碳源/模板剂粉末颗粒(中间产物)；收集所得到的粉末颗粒并在惰性气体氛围中热处理以得到褶皱石墨烯，其中热处理温度在500℃至2800℃之间。
本发明的高温热处理使碳源/模板剂粉末颗粒中的模板以二氧化碳、水等无毒无害气体释放，既对环境友好，同时还将生物质充分炭化转变为褶皱石墨烯。
本发明和已有技术相比，其技术进步是显著的。本发明利用环境友好且易石墨化形成石墨结构的生物质为碳源，制备褶皱石墨烯，将为石墨烯的大批量生产奠定基础。本发明在实现炭化的同时能够移除模板，方法简单，环境友好且成本低。
附图说明
图1 为根据本发明的方法所制备的褶皱石墨烯形貌图。
图2 为根据本发明的方法所制备的褶皱石墨烯形貌图。
图3 为根据本发明的方法所制备的褶皱石墨烯形貌图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进一步进行阐述。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作类似改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
取50g/l的葡萄糖溶液100ml，250mg聚苯乙烯微球，50mg氧化石墨烯，混合均匀后雾化处理，在600℃干燥10秒左右。将收集到的粉末颗粒在氩气氛围下800℃热处理1小时。最后得到褶皱石墨烯。褶皱石墨烯形貌如图1所示。
实施例2
取20g/l的蔗糖溶液100ml，100mg聚甲基丙烯酸甲酯纳米微球，10mg氧化石墨烯，混合均匀后雾化处理，在500℃干燥15秒左右。将收集到的粉末颗粒在氮气氛围下600℃热处理2小时。最后得到褶皱石墨烯。褶皱石墨烯形貌如图2所示。
实施例3
取80g/l的蔗糖溶液100ml， 20mg氧化石墨烯，混合均匀后雾化处理，在300℃干燥15秒左右。将收集到的粉末颗粒在氮气氛围下800℃热处理1小时。最后得到褶皱石墨烯（图3）。

Claims (3)

1.一种褶皱石墨烯的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1)将水溶性碳源与模板剂、氧化石墨烯混合均匀而得到混合液，所述的碳源选自葡萄糖、果糖、蔗糖或者麦芽糖，所述的模板剂物选自聚苯乙烯纳米微球或者聚甲基丙烯酸甲酯纳米微球，所述的碳源的浓度为1-100g/L，所述的模板剂与碳源的质量比为0:1-50:1，所述的氧化石墨烯与碳源的质量比为1:10-1:1000；2)将混合液喷雾干燥，喷雾干燥的温度为100-600℃，得到碳源/模板剂粉末颗粒；3)将得到的粉末颗粒在惰性气体氛围中热处理，热处理温度在500℃至2800℃之间，得到褶皱石墨烯；通过控制氧化石墨烯的含量促进碳源炭化，通过模板剂与碳源的质量比的变化来控制褶皱石墨烯的层数以及褶皱程度。
2.根据权利要求1所述的一种褶皱石墨烯的制备方法，其特征在于：步骤3)的热处理温度在500℃至1100℃之间；热处理时间则为0.5-4小时。
3.根据权利要求1所述的一种褶皱石墨烯的制备方法，其特征在于：步骤3)的惰性保护气体使用氩气或者氮气。
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