本發(fā)明屬于石墨烯材料領(lǐng)域，涉及一種高比表面積多褶皺中空石墨烯微球及其制備方法。

背景技術(shù)：

石墨烯是一種新型的二維碳材料，被譽(yù)為21世紀(jì)的材料。它具有出眾的力學(xué)性能，電學(xué)性能，熱學(xué)性能，磁學(xué)性能以及巨大的比表面積，因而在許多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。但是目前石墨烯粉體的應(yīng)用種類只有一種，那就是石墨烯花。它的表面也是有很多的褶皺，但是由于石墨烯之間的疊合，使得其比表面積比較小，其應(yīng)用起來(lái)受很多限制，不能完全展現(xiàn)出石墨烯優(yōu)越性能。

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，我們制備了一種高比表面積的中空石墨烯球，其巨大的比表面積，卓越的導(dǎo)電性能，特殊的空間結(jié)構(gòu)，極大地提升了其應(yīng)用潛能。使得其在催化領(lǐng)域，電磁領(lǐng)域，吸波領(lǐng)域，以及能源領(lǐng)域可以大量應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)不足，提供一種具有高比表面積的中空石墨烯球的制備技術(shù)。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種高比表面積多褶皺中空石墨烯微球，該中空石墨烯微球球壁由1-6層石墨烯片通過(guò)π-π共軛作用相互搭接而成，表面布滿褶皺；微球直徑為500nm-10μm；其內(nèi)部中空，具有極大的比表面積500-2000m²/g；微球由無(wú)缺陷石墨烯組成，具有完美的共軛結(jié)構(gòu)，其I_D/I_G＜0.001。

一種高比表面積多褶皺無(wú)缺陷中空石墨烯微球的制備方法包括以下步驟：

(1)將氧化石墨烯稀溶液通過(guò)霧化干燥的方法得到氧化石墨烯微球，干燥后的氧化石墨烯微球含游離水量為5—20wt％。。

(2)將步驟(1)得到的氧化石墨烯微球，快速(15-20℃/min)升溫到800-1300℃，之后再以1～5℃/min升溫到3000℃進(jìn)行石墨化處理。

進(jìn)一步地，步驟(1)中所述的稀溶液濃度為0.1-10mg/mL；所述的溶劑為水，DMF，DMAc，甲醇,乙醇，異丙醇，四氫呋喃，甲基乙基酮等極性分散劑。

進(jìn)一步地，步驟(1)中所述的霧化干燥溫度為80-150℃。

該發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明通過(guò)快速的升溫過(guò)程，使得氧化石墨烯微球中官能團(tuán)以及所含的游離水分劇烈釋放，產(chǎn)生氣體，將石墨烯微球撐開(kāi)。同時(shí)高溫過(guò)程下官能團(tuán)的脫落會(huì)使得石墨烯微球硬度提高，固化撐開(kāi)的中空石墨烯微球形狀。通過(guò)改變石墨烯粉體的結(jié)構(gòu)形態(tài)，減少石墨烯堆疊層數(shù)，減弱石墨烯片堆疊機(jī)會(huì)，巨大的提升了其比表面積。并且其特殊的結(jié)構(gòu)以及宏觀性質(zhì)，使得其在納米催化，電磁領(lǐng)域，吸波領(lǐng)域，以及能源領(lǐng)域可以大量應(yīng)用。

附圖說(shuō)明

圖1是經(jīng)本發(fā)明實(shí)施例1制備的高比表面積多褶皺中空石墨烯微球的掃描電鏡圖。

圖2是經(jīng)本發(fā)明實(shí)施例1制備的高比表面積多褶皺中空石墨烯微球的透射圖。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述，本實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)上述發(fā)明的內(nèi)容做出一些非本質(zhì)的改變和調(diào)整均屬本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例1：

(1)將濃度為4mg/mL氧化石墨烯水溶液通過(guò)霧化干燥的方法得到氧化石墨烯微球。霧化干燥溫度為120℃

(2)將步驟(1)得到的氧化石墨烯微球，以20℃/min快速升溫到800℃，并維持10min，之后以5℃/min再升溫到3000℃進(jìn)行石墨化處理。

經(jīng)以上步驟，得到的高比表面積多褶皺中空石墨烯微球直徑為3μm，如圖1所示。其比表面積為600m²/g，石墨烯球壁由四層石墨烯構(gòu)成，如圖2所示。

實(shí)施例2：

(1)將濃度為1mg/mL的氧化石墨烯DMF溶液通過(guò)霧化干燥的方法得到氧化石墨烯微球。霧化干燥溫度為100℃。

(2)將步驟(1)得到的氧化石墨烯微球，以15℃/min快速升溫到1000℃，并維持10min，之后以3℃/min再升溫到3000℃進(jìn)行石墨化處理。

經(jīng)以上步驟，得到的高比表面積多褶皺中空石墨烯微球直徑為6μm。其比表面積為1100m²/g。

實(shí)施例3：

(1)將濃度為10mg/mL的氧化石墨烯甲醇溶液通過(guò)霧化干燥的方法得到氧化石墨烯微球。霧化干燥溫度為150℃

(2)將步驟(1)得到的氧化石墨烯微球，以18℃/min快速升溫到1300℃，并維持10min，之后以5℃/min再升溫到3000℃進(jìn)行石墨化處理。

經(jīng)以上步驟，得到的高比表面積多褶皺中空石墨烯微球直徑為3μm。其比表面積為1500m²/g。

實(shí)施例4：

(1)將濃度為0.1mg/mL氧化石墨烯四氫呋喃溶液通過(guò)霧化干燥的方法得到氧化石墨烯微球。

(2)將步驟(1)得到的氧化石墨烯微球，以20℃/min快速升溫到1300℃，并維持10min，之后再以1℃/min升溫到3000℃進(jìn)行石墨化處理。

經(jīng)以上步驟，得到的高比表面積多褶皺中空石墨烯微球直徑為500nm。其比表面積為2000m²/g。

實(shí)施例5：

(1)將濃度為10mg/mL氧化石墨烯甲基乙基酮溶液通過(guò)霧化干燥的方法得到氧化石墨烯微球。霧化干燥溫度為120℃

(2)將步驟(1)得到的氧化石墨烯微球，以20℃/min快速升溫到900℃，并維持10min，之后以5℃/min再升溫到3000℃進(jìn)行石墨化處理。

經(jīng)以上步驟，得到的高比表面積多褶皺中空石墨烯微球直徑為10μm。其比表面積為600m²/g。

實(shí)施例6：

(1)將濃度為2mg/mL氧化石墨烯水溶液通過(guò)霧化干燥的方法得到氧化石墨烯微球。霧化干燥溫度為80℃

(2)將步驟(1)得到的氧化石墨烯微球，以20℃/min快速升溫到1000℃，并維持10min，之后以5℃/min再升溫到3000℃進(jìn)行石墨化處理。

經(jīng)以上步驟，得到的高比表面積多褶皺中空石墨烯微球直徑為7μm。其比表面積為1000m²/g。

對(duì)比例1：初步升高溫度對(duì)中空石墨烯微球的影響。

如實(shí)施例6，將步驟2中初步升高溫度調(diào)節(jié)為400度。

經(jīng)以上步驟，得到的高比表面積多褶皺中空石墨烯微球直徑為5μm。其比表面積為300m²/g。

對(duì)比例2：初步升溫速率對(duì)中空石墨烯微球的影響。

如實(shí)施例6，將步驟2中初步升溫速度調(diào)節(jié)為1℃/min。

經(jīng)以上步驟，得到的高比表面積多褶皺中空石墨烯微球直徑為6μm。其比表面積為400m²/g。

對(duì)比例3：氧化石墨烯溶液濃度對(duì)中空石墨烯微球的影響。

如實(shí)施例6，將步驟1中氧化石墨烯溶液濃度調(diào)節(jié)為30mg/mL。

經(jīng)以上步驟，得到的高比表面積多褶皺中空石墨烯微球直徑為10μm。其比表面積為200m²/g。