專利名稱：一種制備海綿狀石墨烯的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于石墨烯制備技術(shù)范疇，屬于海綿狀特定形貌的石墨烯制備方法。
背景技術(shù)：
石墨烯，是指由10層以下碳原子緊密排列構(gòu)成的二維原子晶體材料。由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)以及優(yōu)異的電學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)等性能，石墨烯在納米電子器件、復(fù)合材料、太陽能電池、超級(jí)電容器、儲(chǔ)氫材料等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。相比于薄膜狀、粉末狀的石墨烯，海綿狀石墨烯具有更大的比表面積和表面性能、更疏松的孔結(jié)構(gòu)及表面結(jié)構(gòu)，在超級(jí)電容器、吸附、催化劑載體等領(lǐng)域具有更大的應(yīng)用價(jià)值。但在快速合成得到海綿狀石墨烯方面，目前還沒有非常有效的方法。而利用微波技術(shù)制備海綿狀石墨烯的工作，更是尚未見諸報(bào)導(dǎo)。對(duì)于微波技術(shù)而言，已在雷達(dá)科技、ADS射線武器、微波爐、等離子發(fā)生器、無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(如手機(jī)網(wǎng)絡(luò)，藍(lán)牙，衛(wèi)星電視及WLAN技術(shù)等)、傳感器系統(tǒng)上有著廣泛而重要的應(yīng)用。為了防止微波對(duì)無線電通訊、廣播、雷達(dá)的干擾，國際上已明確規(guī)定可應(yīng)用于微波加熱和微波干燥的頻段只有四段，即分別為:L段，頻率為890 940MHz，中心波長為0.330m ；S段，頻率為2.40 2.50GHz,中心波長為0.122m ；C段，頻率為5.725 5.875GMHz,中心波長為0.052m在段，頻率為22.0 22.25GHz，中心波長為0.008m。為了防止民用微波功率對(duì)無線電通訊、廣播、電視和雷達(dá)等造成干擾，國際上規(guī)定波長在l-25cm的波段專門用于雷達(dá)，其余部分用于電訊傳輸 ，家用微波爐中僅使用L段和S段，而可用于工業(yè)、科研和醫(yī)學(xué)等應(yīng)用的頻率主要為915MHz，2.45GHz，28GHz。因此，在實(shí)際可用的微波制備材料的頻段非常有限。但利用微波的快速加熱特性而進(jìn)行功能材料的制備合成，還是取得了很大的發(fā)展，其中也包括了微波技術(shù)制備石墨烯的論文和專利。分析已經(jīng)公開發(fā)表的研究論文可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的微波法制備石墨烯的效率、效果普遍不夠理想。分析上述結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，這些處理基本是通過低功率的微波，以2.45GHz的規(guī)定頻段，輻照氧化石墨而獲取石墨烯，由于較低的能量密度而無法實(shí)現(xiàn)快速徹底的原位剝離/還原。因此，這些研究和應(yīng)用得到的產(chǎn)品幾乎都是片層堆垛較多的石墨烯納米片或石墨烯微片(即Graphene nano-sheets,或Graphene sheets),而非真正的石墨烯(Graphene)。其中，華東理工大學(xué)的王燦等、南京航空航天大學(xué)的薛露平等，利用家用微波爐(功率S 900W)進(jìn)行剝離和還原氧化石墨，雖然分別在有機(jī)溶劑的輔助，或固態(tài)法剝離中得到了石墨烯，或石墨烯微片，但產(chǎn)品中存在著氧基團(tuán)的殘留，不利于充分揮發(fā)石墨烯的電學(xué)、熱學(xué)等功能特性。關(guān)于利用微波技術(shù)制備石墨烯的專利，代表性的主要有天津大學(xué)申請(qǐng)的申請(qǐng)?zhí)枮?01010281619.6，專利名稱為:真空下微波輻射制備和純化石墨烯的方法，該發(fā)明中，“將氧化石墨置于反應(yīng)器中，形成0.0lPa IOKPa壓力下，采用頻率為300MHz 300GHz，功率為50W 2000W的微波對(duì)氧化石墨進(jìn)行輻射2s 600s，氧化石墨受熱解理獲得石墨烯”。但如前所述，為防止對(duì)通訊、遙感、軍事用途等的干擾，按照規(guī)定而能夠應(yīng)用于加熱和處理材料的微波頻段非常有限。此外，在高真空下的微波輻照極易導(dǎo)致“打火”等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致微波能的耗散，并對(duì)磁控管等微波發(fā)生源造成損害。因此，該專利中，在300MHz 300GHz的全波段微波中，進(jìn)行真空下限為0.1Pa的微波輻照，不僅不現(xiàn)實(shí)，也存在著一定的危險(xiǎn)性。此外，姑且不論該專利的真實(shí)性和可行性，如根據(jù)該專利而進(jìn)行功率下限50W的微波輻射，基于反應(yīng)所需能量量子化吸收的限制，其能量密度從原理上是無法逾越化學(xué)反應(yīng)的所需勢壘，其結(jié)果是不可能實(shí)現(xiàn)石墨烯的微波剝離還原。而如果提高微波功率，如使用最高僅為2000W的微波功率上限，根據(jù)前面報(bào)道的多篇研究可知，得到的將是層數(shù)較多的石墨烯微片(Graphene sheets),也非真正意義的石墨烯(Graphene)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種簡便快捷高效的制備海綿狀石墨烯的方法。為解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種制備海綿狀石墨烯的方法，包括如下步驟:采用凍干法，以氧化石墨為原料，制備得到海綿狀的氧化石墨烯作為前驅(qū)體；將制得的前驅(qū)體放入坩堝中，然后將坩堝放入微波真空燒結(jié)爐內(nèi)，抽真空后用微波進(jìn)行輻照，得到海綿狀石墨烯。所述前驅(qū)體的孔隙 率不小于20 %。所述抽真空時(shí)，微波真空燒結(jié)爐內(nèi)氣壓范圍為15 50KPa。所述微波的功率范圍為4 10kW。 所述輻照的時(shí)間范圍為:10 200秒。所述坩堝由不吸收微波的材料制成。所述坩堝由氧化鋁或氧化硅材料制成。本發(fā)明的有益效果是:(I)過程簡單快速、易操作。氧化石墨烯是優(yōu)良的微波吸收介質(zhì)，在遭受微波輻照時(shí)，可迅速的將微波能轉(zhuǎn)化為熱能。整個(gè)微波輻射過程非常迅速，僅需要極短的時(shí)間，即可完成氧化石墨烯的微波解理和還原。(2)制備過程中無環(huán)境污染，工藝環(huán)保。(3)可控制性強(qiáng):通過調(diào)整真空度、微波輻照的功率與時(shí)間，即可對(duì)產(chǎn)物海綿狀石墨烯的孔隙率進(jìn)行控制。(4)產(chǎn)物性能均一。微波輻射屬于體相穿透式加熱，與樣品的堆積形態(tài)、放置方式等無關(guān)，不會(huì)因?yàn)榍膀?qū)體所處的位置不同而導(dǎo)致產(chǎn)物的性能出現(xiàn)差異。
具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述的一種制備海綿狀石墨烯的方法作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。一種制備海綿狀石墨烯的方法，包括如下步驟:采用凍干法，以氧化石墨為原料，制備得到海綿狀的氧化石墨烯作為前驅(qū)體，前驅(qū)體的孔隙率不小于20% ;將制得的前驅(qū)體放入坩堝中，所述坩堝由不吸收微波的材料制成。所述坩堝由氧化鋁或氧化硅材料制成，然后將坩堝放入微波真空燒結(jié)爐內(nèi)，為了提高微波處理效果，應(yīng)盡可能地將坩堝置于微波真空燒結(jié)爐的多模諧振腔的中心位置，抽真空至微波真空燒結(jié)爐內(nèi)氣壓范圍為15 50KPa，抽真空后開啟微波，微波的功率范圍為4 10kW，微波輻照時(shí)間范圍為:10 200秒，微波處理結(jié)束后，打開真空閥，等多模諧振腔氣壓平衡后，在坩堝內(nèi)即可得到海綿狀疏松多孔的石墨烯。實(shí)施例1:先以凍干法制備海綿狀氧化石墨烯作為前驅(qū)體。在利用Hmnmers法制備得到氧化石墨的基礎(chǔ)上，取1.5g氧化石墨溶于150ml去離子水中，40°C水浴并磁力攪拌20分鐘，得到分散均勻的氧化石墨水溶液。使用冷凍干燥機(jī)，先將冷凍腔溫度降至_50°C，再放入氧化石墨水溶液，速凍約I小時(shí)，完全凝固后打開真空泵，使真空度維持在IOOPa以下，冷凍腔溫度約為-10 0°C，保持這個(gè)狀態(tài)約24小時(shí)，讓水完全升華即得到海綿狀氧化石墨烯前驅(qū)體。利用氮吸附連續(xù)流動(dòng)法，確定海綿狀氧化石墨烯前驅(qū)體的孔隙率為40%。 將Ig海綿狀氧化石墨烯放入氧化鋁(Al2O3)坩堝中，將坩堝放在微波真空燒結(jié)爐諧振腔的中心位置。關(guān)閉爐門后抽真空至25KPa，微波功率和輻照時(shí)間分別設(shè)定為4.5kW和60秒，然后對(duì)樣品進(jìn)行微波輻照。處理結(jié)束后，在坩堝中得到黑色海綿狀產(chǎn)物。利用氮吸附連續(xù)流動(dòng)法，測定產(chǎn)物孔隙率為48%，使用X-射線衍射(XRD)證明了產(chǎn)物為石墨烯，利用高分辨透射電鏡，可確認(rèn)碳環(huán)片層堆積層數(shù)基本上分布在2 5層之間。利用STA449F3型熱重/差熱綜合熱分析儀，以10 °C /min升溫速度在室溫 1000°C范圍內(nèi)進(jìn)行的熱性質(zhì)分析發(fā)現(xiàn)，除50°C初始?xì)饬髟斐傻妮p微波動(dòng)，樣品質(zhì)量無損失，鑒于脫水等含氧成分的溫度一般100°C以上，因此可確定，高能微波處理后，產(chǎn)物中無氧殘
&3甶o實(shí)施例2:海綿狀氧化石墨烯前驅(qū)體制備過程同實(shí)施例1，通過調(diào)整氧化石墨水溶液的濃度，得到海綿狀前驅(qū)體，其孔隙率為30%。

真空微波輻照過程同實(shí)施例1，調(diào)整微波功率和輻照時(shí)間分別為0.5kff和200秒，諧振腔的真空度控制在50KPa以下，然后對(duì)樣品進(jìn)行微波輻照。處理結(jié)束后，在坩堝中得到黑色的海綿狀產(chǎn)物。利用氮吸附連續(xù)流動(dòng)法，測定產(chǎn)物孔隙率為33%，使用X-射線衍射(XRD)和高分辨透射電鏡證明產(chǎn)物為石墨烯，碳環(huán)片層堆積層數(shù)主要在3 8層之間。實(shí)施例3:海綿狀氧化石墨烯前驅(qū)體制備過程同實(shí)施例1，通過調(diào)整氧化石墨水溶液的濃度，得到海綿狀前驅(qū)體，其孔隙率為60%。真空微波輻照過程同實(shí)施例1，調(diào)整微波功率和輻照時(shí)間分別為SkW和30秒，諧振腔的真空度控制在30KPa以下，然后對(duì)樣品進(jìn)行微波輻照。處理結(jié)束后，在坩堝中得到黑色的海綿狀產(chǎn)物。利用氮吸附連續(xù)流動(dòng)法，測定產(chǎn)物孔隙率為65%，使用X-射線衍射(XRD)和高分辨透射電鏡證明產(chǎn)物為石墨烯，碳環(huán)片層堆積層數(shù)基本上在4 7層之間，并存在較多的單層或雙層石墨烯結(jié)構(gòu)。實(shí)施例4:海綿狀氧化石墨烯前驅(qū)體制備過程同實(shí)施例1，通過調(diào)整氧化石墨水溶液的濃度，得到海綿狀前驅(qū)體，其孔隙率為45%。真空微波輻照過程同實(shí)施例1，調(diào)整微波功率和輻照時(shí)間分別設(shè)定為IOkW和15秒，諧振腔的真空度控制在15KPa，然后對(duì)樣品進(jìn)行微波輻照。處理結(jié)束后，在坩堝中得到黑色的海綿狀產(chǎn)物。利用氮吸附連續(xù)流動(dòng)法，測定產(chǎn)物孔隙率為49%，使用X-射線衍射(XRD)和高分辨透射電鏡證明產(chǎn)物為石墨烯，碳環(huán)片層堆積層數(shù)主要分布在2 4層之間。
實(shí)施例5:海綿狀氧化石墨烯前驅(qū)體制備方法同實(shí)施例1，通過調(diào)整氧化石墨水溶液的濃度，得到海綿狀前驅(qū)體，其孔隙率為50%。真空微波輻照過程同實(shí)施例1，保持微波功率4.5kW不變，調(diào)整輻照時(shí)間為100秒，諧振腔的真空度控制在40KPa以下，然后對(duì)樣品進(jìn)行微波輻照。處理結(jié)束后，在坩堝中得到黑色的海綿狀產(chǎn)物。利用氮吸附連續(xù)流動(dòng)法，測定產(chǎn)物孔隙率為60%，使用X-射線衍射(XRD)和高分辨透射電鏡證明產(chǎn)物為石墨烯，碳環(huán)片層堆積層數(shù)主要在4 6層之間。實(shí)施例6:海綿狀氧化石墨烯前驅(qū)體制備方法同實(shí)施例1，通過調(diào)整氧化石墨水溶液的濃度，得到海綿狀前驅(qū)體，其孔隙率為70%。真空微波輻照過程同實(shí)施例1，調(diào)整微波功率和輻照時(shí)間分別為5kW和40秒，微波諧振腔內(nèi)真空度為20KPa，然后對(duì)樣品進(jìn)行微波輻照。處理結(jié)束后，在坩堝中得到黑色的海綿狀產(chǎn)物。利用氮吸附連續(xù)流動(dòng)法，測定產(chǎn)物孔隙率為79%，使用X-射線衍射(XRD)和高分辨透射電鏡證明產(chǎn)物為石墨烯，碳環(huán)片層堆積層數(shù)主要在3 8層之間。實(shí)施例1:海綿狀氧化石墨烯前驅(qū)體制備方法同實(shí)施例1，通過調(diào)整氧化石墨水溶液的濃度，得到海綿狀前驅(qū)體，其孔隙率為40%。真空微波輻照過程同實(shí)施例1，調(diào)整微波功率和輻照時(shí)間分別為3kW和180秒，微波諧振腔內(nèi)真空度為50KPa以下，然后對(duì)樣品進(jìn)行微波輻照。處理結(jié)束后，在坩堝中得到黑色的海綿狀產(chǎn)物。利用氮 吸附連續(xù)流動(dòng)法，測定產(chǎn)物孔隙率為47%，使用X-射線衍射(XRD)和高分辨透射電鏡證明產(chǎn)物為石墨烯，碳環(huán)片層堆積層數(shù)主要在4 6層之間。實(shí)施例8:海綿狀氧化石墨烯前驅(qū)體制備方法同實(shí)施例1，通過調(diào)整氧化石墨水溶液的濃度，得到海綿狀前驅(qū)體，其孔隙率為25%。真空微波輻照過程同實(shí)施例1，調(diào)整微波功率和輻照時(shí)間分別為4kW和50秒，諧振腔的真空度控制在30KPa以下，然后對(duì)樣品進(jìn)行微波輻照。處理結(jié)束后，在坩堝中得到黑色的海綿狀產(chǎn)物。利用氮吸附連續(xù)流動(dòng)法，測定產(chǎn)物孔隙率為30%，使用X-射線衍射(XRD)和高分辨透射電鏡證明產(chǎn)物為石墨烯，碳環(huán)片層堆積層數(shù)主要在5 7層之間。實(shí)施例9:海綿狀氧化石墨烯前驅(qū)體制備方法同實(shí)施例1，通過調(diào)整氧化石墨水溶液的濃度，得到海綿狀前驅(qū)體，其孔隙率為20%。真空微波輻照過程同實(shí)施例1，調(diào)整微波功率和輻照時(shí)間分別為IOkW和30秒，諧振腔的真空度控制在40KPa以下，然后對(duì)樣品進(jìn)行微波輻照。處理結(jié)束后，在坩堝中得到黑色的海綿狀產(chǎn)物。利用氮吸附連續(xù)流動(dòng)法，測定產(chǎn)物孔隙率為22%，使用X-射線衍射(XRD)和高分辨透射電鏡證明產(chǎn)物為石墨烯，碳環(huán)片層堆積層數(shù)主要在2 7層之間。實(shí)施例10:海綿狀氧化石墨烯前驅(qū)體制備方法同實(shí)施例1，通過調(diào)整氧化石墨水溶液的濃度，得到海綿狀前驅(qū)體，其孔隙率為80%。真空微波輻照過程同實(shí)施例1，調(diào)整微波功率和輻照時(shí)間分別為6kW和90秒，諧振腔的真空度控制在30KPa以下，然后對(duì)樣品進(jìn)行微波輻照。處理結(jié)束后，在坩堝中得到黑色的海綿狀產(chǎn)物。利用氮吸附連續(xù)流動(dòng)法，測定產(chǎn)物孔隙率為86%，使用X-射線衍射(XRD)和高分辨透射電鏡證明產(chǎn)物為石墨烯，碳環(huán)片層堆積層數(shù)主要在4 8層之間。對(duì)比例1:與使用液相還原方法制備石墨烯的對(duì)比。液相還原方法是最為常見的氧化石墨烯還原方法。海綿狀氧化石墨烯前驅(qū)體制備方法和操作同實(shí)施例1，產(chǎn)物孔隙率為40%。取Ig氧化石墨烯，加入200ml去離子水，配成溶液后，氧化石墨烯的海綿狀即遭到破壞。在80°C下水浴加熱,加入IOg硼氫化鈉或水合肼作為還原劑,反應(yīng)2小時(shí)后,用去離子水去洗滌并抽濾，40°C下干燥24小時(shí)，得到粉末狀石墨烯。與液相化學(xué)還原法相似,溶劑熱還原法也是在溶液中進(jìn)行還原反應(yīng)的，由于反應(yīng)前都要將氧化石墨烯溶于水，反應(yīng)完成后也都要再進(jìn)行干燥處理，因此只能得到粉末狀的石墨烯產(chǎn)物，無法制備海綿狀石墨烯。同時(shí)水合肼、硼氫化鈉等有毒化學(xué)試劑的大量使用，對(duì)環(huán)境存在一定的危害。對(duì)比例2:熱還原法處理海綿狀氧化石墨烯的效果對(duì)比海綿狀氧化石墨烯前驅(qū)體制備方法和操作同實(shí)施例1，產(chǎn)物孔隙率為40%。將馬弗爐加熱至1000°C并恒溫，再稱取Ig海綿狀氧化石墨烯，放入氧化鋁(Al2O3)坩堝，蓋好坩堝蓋后迅速放入已1000°c恒溫的馬弗爐中。I分鐘后取出樣品觀察，發(fā)現(xiàn)氧化石墨已膨化成石墨蠕蟲。利用掃描電鏡觀察，石墨層片蜷曲，層片之間仍保持著交聯(lián)，層片的厚度降低，但厚度僅達(dá)到微米級(jí)，無法得到石墨烯。此外，常壓大氣環(huán)境下的熱還原，還導(dǎo)致了樣品發(fā)生了嚴(yán)重的氧化，物料損失較大。

對(duì)比例3:真空低能微波輻處理氧化石墨的效果對(duì)比根據(jù)專利“真空下微波輻射制備和純化石墨烯的方法，CN 201010281619.6) ”進(jìn)行的石墨烯的制備對(duì)比。因無法獲取其他頻段的微波發(fā)生器，只能利用頻率為915MHz和2.45GHz的磁控管作為微波發(fā)生源，分別在50W 2000W的微波功率，0.0lPa IOKPa真空壓力條件下進(jìn)行氧化石墨的處理。當(dāng)試圖以50W的微波功率進(jìn)行輻照時(shí)，無論如何變換真空壓力和輻照時(shí)間，都沒有實(shí)現(xiàn)氧化石墨的剝離/還原。當(dāng)以2kW的微波功率進(jìn)行輻照時(shí)，氧化石墨在約40秒時(shí)發(fā)生解理，并脫除了含氧基團(tuán)。但利用高分辨透射電鏡檢測可見，產(chǎn)物分布不均，夾雜著較多的堆垛在10多層、甚至更多層的碳環(huán)堆積結(jié)構(gòu)，剝離/還原的效果、效率不太理想。對(duì)比例4:900ff微波輻照液相法處理氧化石墨的結(jié)果對(duì)比華東理工大學(xué)利用“微波輻照液相法”(王燦，王艷莉，詹亮，等..無機(jī)材料學(xué)報(bào)，2012，27:769-774.) ”，針對(duì)分散在40ml高沸點(diǎn)的N-甲基吡咯烷酮(NMP)有機(jī)溶劑中的120mg氧化石墨，利用900W的格蘭仕微波爐輻照3分鐘，得到了大約在2_5層的石墨烯。盡管有機(jī)溶劑的使用，使石墨烯的片層堆垛較薄，但與氣相法相比，因處理溫度難以升至上千度，氧的脫除不徹底，殘余氧大約在13.2 13.6wt%。而N-甲基吡咯烷酮(NMP)有機(jī)溶劑存在慢性致毒的危害，可導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)機(jī)能障礙，引起呼吸器官、腎臟、血管系統(tǒng)的病變等，工作場所最高允許濃度不得超過100mg/m3，因此環(huán)保問題是不可忽視的環(huán)節(jié)。對(duì)比例5:800ff微波固相剝離氧化石墨烯的效果對(duì)比南京航空航天大學(xué)利用“微波固相剝離法”(薛露平，鄭明波，沈辰飛，等..無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)，2010，26:1375-1381)，對(duì)氧化石墨進(jìn)行了功率為800W的微波處理30 240秒，得到的是存在氧殘留的石墨烯微片(Graphene sheets),不利于充分揮發(fā)石墨烯的電學(xué)、熱學(xué)等功能特性。對(duì)比例6:300ff微波固相剝離氧化石墨烯的效果對(duì)比Janowska 等(SHA匪UGHARAJ A M, CHOI W S，LEE C ff.Electrochemicalperformances of graphene nanosheets prepared through microwave radiation.Journal of Power Sources, 2011,196:10249-10253.)將膨脹石墨分散在氨水溶液后超聲處理30min，再利用300W的微波功率加熱Ih 2h，得到的基本上是十幾層的石墨烯微片。對(duì)比實(shí)施例的總結(jié):熱還原法原理與微波輻照法相類似，對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行快速高溫?zé)崽幚?，使得氧化石墨烯的含氧官能團(tuán)分解成CO2，水蒸氣等氣體而逸出。使用熱還原法處理海綿狀氧化石墨烯，從原理上應(yīng)該同樣可以得到海綿狀的石墨烯。但對(duì)比例中并未能制備得到石墨烯，其原因在于升溫速率較低。當(dāng)升溫速率至少為2000°c /min,反應(yīng)進(jìn)行的溫度在1000°C以上時(shí)，才可以得到海綿狀的氧化石墨烯。這就需要較高的溫度和極大的升溫速率等苛刻的處理?xiàng)l件，因此該方法對(duì)加熱設(shè)備、真空泵等實(shí)驗(yàn)器材要求非常高，成本也極高。此外，為了防止氧化石墨烯被直接氧化成CO2，需要超真空(< 10-5Torr，約1.3X10_3Pa)或大量保護(hù)氣的反應(yīng)環(huán)境。而這對(duì)于提高熱傳導(dǎo)效率的要求，又是相悖的。而本發(fā)明使用的基于高能量密度的真空微波輻射處理，簡單快捷，科學(xué)可行，可以實(shí)現(xiàn)操作和效果上的預(yù)期目標(biāo)。上述的實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明創(chuàng)造的原理及其功效，以及部分運(yùn)用的實(shí)施例，而非用于限制本發(fā)明；應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做 出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種制備海綿狀石墨烯的方法，其特征在于:包括如下步驟:采用凍干法，以氧化石墨為原料，制備得到海綿狀的氧化石墨烯作為前驅(qū)體；將制得的前驅(qū)體放入坩堝中，然后將坩堝放入微波真空燒結(jié)爐內(nèi)，抽真空后用微波進(jìn)行輻照，得到海綿狀石墨烯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備海綿狀石墨烯的方法，其特征在于:所述前驅(qū)體的孔隙率不小于20%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備海綿狀石墨烯的方法，其特征在于:所述抽真空時(shí)，微波真空燒結(jié)爐內(nèi)氣壓范圍為15 50KPa。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備海綿狀石墨烯的方法，其特征在于:所述微波的功率范圍為4 10kW。
5.根據(jù)權(quán)利要 求1所述的一種制備海綿狀石墨烯的方法，其特征在于:所述輻照的時(shí)間范圍為:10 200秒。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備海綿狀石墨烯的方法，其特征在于:所述坩堝由不吸收微波的材料制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種制備海綿狀石墨烯的方法，其特征在于:所述坩堝由氧化鋁或氧化硅材料制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備海綿狀石墨烯的方法，包括如下步驟采用凍干法，以氧化石墨為原料，制備得到海綿狀的氧化石墨烯作為前驅(qū)體；將制得的前驅(qū)體放入坩堝中，然后將坩堝放入微波真空燒結(jié)爐內(nèi)，抽真空后用微波進(jìn)行輻照，得到海綿狀石墨烯。本發(fā)明得到的海綿狀石墨烯具有疏松多孔的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，使得其在超級(jí)電容器、儲(chǔ)氫材料、傳感器、吸附材料等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。本發(fā)明中基于高能微波的輻照模式，瞬間將微波能轉(zhuǎn)化為樣品的內(nèi)能，并通過劇烈的分子熱運(yùn)動(dòng)，使得氧化石墨烯上的含氧基團(tuán)被還原為氣體并迅速揮發(fā)逸出，從而還原得到石墨烯，并可繼續(xù)保持疏松多孔的海綿狀聚集結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)C01B31/04GK103204499SQ201310144259
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月24日
發(fā)明者王繼剛, 丁滔, 薛偉江 申請(qǐng)人:張家港市東大工業(yè)技術(shù)研究院