多孔石墨烯及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于石墨烯材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多孔石墨烯及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨稀材料是由單層石墨組成的納米級(jí)石墨材料，多孔石墨稀是在石墨稀的片層中通過物理或者化學(xué)的方法制造一些具有納米尺寸的孔洞，多孔結(jié)構(gòu)使得石墨烯在能源、催化或者吸附材料方面有很大的優(yōu)勢(shì)。
[0003]目前關(guān)于具有多孔結(jié)構(gòu)的石墨烯材料的制備主要有以下方法:(I)將多層的石墨烯與表面活性劑在強(qiáng)堿水溶液中進(jìn)行水熱反應(yīng)，但是這種方法由于表面活性劑的加入在石墨烯片層中引入了很多的官能團(tuán)；(2)將石墨烯等碳材料和過渡金屬同時(shí)加熱得到多孔石墨烯，但是這種方法使用了價(jià)格昂貴的過渡金屬；(3)化學(xué)沉積法得到石墨烯片層，然后通過刻蝕形成多孔石墨烯，但是這種方法工藝復(fù)雜，成本較高；(4)將石墨與納米金屬顆?；旌虾?，通過酸處理溶解得到多孔石墨烯材料，由于納米金屬的引入提高了反應(yīng)的成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供多孔石墨烯及其制備方法。本發(fā)明將石墨原料加入殼聚糖的醋酸水溶液中，以殼聚糖作為剝離劑，經(jīng)過超聲處理，離心純化，制備了具有多孔結(jié)構(gòu)的石墨烯材料。
[0005]本發(fā)明的目的至少通過以下技術(shù)方案之一實(shí)現(xiàn)。
[0006]—種多孔石墨稀，其石墨稀片層厚度為0.5?2納米，橫向尺寸I?30微米；石墨烯表面孔均勻分布，孔徑為10納米?500納米。
[0007]制備上述一種多孔石墨烯的方法，步驟如下:將一定量的殼聚糖溶解在醋酸水溶液中，得到殼聚糖的醋酸水溶液；在殼聚糖的醋酸水溶液中加入石墨，攪拌至混合均勻得混合液；將混合液放入超聲清洗器中，進(jìn)行超聲處理；將上述超聲后的混合液經(jīng)過離心純化，得到具有多孔結(jié)構(gòu)的石墨烯材料；所述超聲處理的溫度為10?75V ;超聲處理的功率為420 ?600ffo
[0008]進(jìn)一步優(yōu)化地，所述殼聚糖與所述石墨的質(zhì)量比為1:10?10:1。
[0009]進(jìn)一步優(yōu)化地，所述殼聚糖的重均分子量為5.0X 13?1.0X 10 6。
[0010]進(jìn)一步優(yōu)化地，所述殼聚糖的脫乙酰度為40%?95%。
[0011 ] 進(jìn)一步優(yōu)化地，所述醋酸水溶液的體積濃度為0.5 %?4%。
[0012]進(jìn)一步優(yōu)化地，所述殼聚糖的醋酸水溶液的質(zhì)量濃度為0.1?0.5mg/mL。
[0013]進(jìn)一步優(yōu)化地，所述超聲處理的時(shí)間為0.5?24小時(shí)。
[0014]進(jìn)一步優(yōu)化地，所述混合液經(jīng)過1000?2000rpm離心5?10分鐘。
[0015]進(jìn)一步優(yōu)化地，離心后的產(chǎn)物再使用體積濃度為0.5%?4%的醋酸水溶液進(jìn)行15000?20000rpm離心清洗，離心清洗的時(shí)間為1.5?3小時(shí)。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0017]本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單易行，原料易得。由于本發(fā)明使用了超聲處理及所限定的工藝參數(shù)，使制得的多孔石墨烯材料石墨化度高，片層的厚度為0.5?2納米，片層橫向尺寸較大，I?30微米，片層孔的直徑為10?500納米。該石墨烯材料不僅具有多孔結(jié)構(gòu)，而且層數(shù)較少，片層橫向尺寸較大。該方法簡(jiǎn)單易行，成本較低。
【附圖說明】
[0018]圖1a?圖1d分別為經(jīng)過超聲處理0.5小時(shí)，8小時(shí)，16小時(shí)和24小時(shí)得到的多孔石墨烯的原子力顯微鏡數(shù)據(jù)；
[0019]圖1e為超聲處理8小時(shí)得到的大尺寸多孔石墨烯的原子力顯微鏡數(shù)據(jù)及其高度圖；
[0020]圖2a、圖2b分別為石墨與本發(fā)明的多孔石墨烯的X射線光電子能譜。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的實(shí)施和保護(hù)不限于此，以下若有未特別詳細(xì)說明之處，均是本領(lǐng)域技術(shù)人員可參照現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。
[0022]實(shí)施例1:
[0023]配制體積濃度為0.5%的醋酸水溶液，將重均分子量為5.0X 103，脫乙酰度為40%的殼聚糖溶于醋酸水溶液，制得質(zhì)量濃度為0.lmg/mL的殼聚糖溶液，攪拌均勻；
[0024]將石墨加入到上述殼聚糖溶液中，控制殼聚糖與石墨的質(zhì)量比例為1:10 ;
[0025]將上述混合液放入超聲清洗器中進(jìn)行超聲處理，溫度為75°C，時(shí)間為0.5小時(shí)，超聲的功率為600W。
[0026]將上述超聲后的溶液經(jīng)過100rpm離心10分鐘離心后使用上述醋酸水溶液進(jìn)行15000rpm離心清洗，離心的時(shí)間為0.5小時(shí)。
[0027]實(shí)施例2:
[0028]配制體積濃度為2%的醋酸水溶液，將重均分子量為2.0X 104，脫乙酰度為53%的殼聚糖溶于醋酸水溶液，制得質(zhì)量濃度為0.2mg/mL的殼聚糖溶液，攪拌均勻；
[0029]將石墨加入到上述殼聚糖溶液中，控制殼聚糖與石墨的質(zhì)量比例為1:5 ;
[0030]將上述混合液放入超聲清洗器中進(jìn)行超聲處理，溫度為60°C，時(shí)間為2小時(shí)，超聲的功率為540W。
[0031]將上述超聲后的溶液經(jīng)過2000rpm離心10分鐘離心后使用上述醋酸水溶液進(jìn)行20000rpm離心清洗，離心的時(shí)間為I小時(shí)。
[0032]實(shí)施例3:
[0033]配制體積濃度為4%的醋酸水溶液，將重均分子量為1.5X 105，脫乙酰度為60%的殼聚糖溶于醋酸水溶液，制得質(zhì)量濃度為0.5mg/mL的殼聚糖溶液，攪拌均勻；
[0034]將石墨加入到上述殼聚糖溶液中，控制殼聚糖與石墨的質(zhì)量比例為1:1 ;
[0035]將上述混合液放入超聲清洗器中進(jìn)行超聲處理，溫度為30°C，時(shí)間為8小時(shí)，超聲的功率為480W。
[0036]將上述超聲后的溶液經(jīng)過2000rpm離心5分鐘離心后使用上述醋酸水溶液進(jìn)行16000rpm離心清洗，離心的時(shí)間為1.5小時(shí)。
[0037]實(shí)施例4:
[0038]配制體積濃度為0.5%的醋酸水溶液，將重均分子量為4.5 X 105，脫乙酰度為80%的殼聚糖溶于醋酸水溶液，制得質(zhì)量濃度為0.2mg/mL的殼聚糖溶液，攪拌均勻；
[0039]將石墨加入到上述殼聚糖溶液中，控制殼聚糖與石墨的質(zhì)量比例為5:1 ;
[0040]將上述混合液放入超聲清洗器中進(jìn)行超聲處理，溫度為10°C，時(shí)間為16小時(shí)，超聲的功率為420W。
[0041]將上述超聲后的溶液經(jīng)過100rpm離心10分鐘離心后使用上述醋酸水溶液進(jìn)行18000rpm離心清洗，離心的時(shí)間為2小時(shí)。
[0042]實(shí)施例5:
[0043]配制體積濃度為0.5%的醋酸水溶液，將重均分子量為1.0X 106，脫乙酰度為95%的殼聚糖溶于醋酸水溶液，制得質(zhì)量濃度為0.2mg/mL的殼聚糖溶液，攪拌均勻；
[0044]將石墨加入到上述殼聚糖溶液中，控制殼聚糖與石墨的質(zhì)量比例為10:1 ;
[0045]將上述混合液放入超聲清洗器中進(jìn)行超聲處理，溫度為30°C，時(shí)間為24小時(shí)，超聲的功率為600W。
[0046]將上述超聲后的溶液經(jīng)過2000rpm離心10分鐘離心后使用上述醋酸水溶液進(jìn)行15000rpm離心清洗，離心的時(shí)間為3小時(shí)。
[0047]圖1a?圖1d給出了隨著超聲時(shí)間的變化石墨烯的孔結(jié)構(gòu)的大小的變化。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，隨著超聲時(shí)間的延長(zhǎng)，孔結(jié)構(gòu)從小變大，尺寸從10納米到500納米。圖1e為超聲處理8小時(shí)得到的大尺寸多孔石墨烯的原子力顯微鏡數(shù)據(jù)及其高度圖，石墨烯片層厚度為0.9納米，橫向尺寸達(dá)到了 30微米。
[0048]圖2a、圖2b給出了多孔石墨烯的X射線光電子能譜，從圖中可以知道，本發(fā)明制備的具有多孔結(jié)構(gòu)的石墨烯材料的含氧官能團(tuán)較少，石墨化度高。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種多孔石墨稀，其特征是:石墨稀片層厚度為0.5?2納米，橫向尺寸I?30微米；石墨稀表面孔均勾分布，孔徑為10納米?500納米。
2.制備權(quán)利要求所述一種多孔石墨烯的方法，其特征在于步驟如下:將一定量的殼聚糖溶解在醋酸水溶液中，得到殼聚糖的醋酸水溶液；在殼聚糖的醋酸水溶液中加入石墨，攪拌至混合均勻得混合液；將混合液放入超聲清洗器中，進(jìn)行超聲處理；將上述超聲后的混合液經(jīng)過離心純化，得到具有多孔結(jié)構(gòu)的石墨烯材料；所述超聲處理的溫度為10~75°C ;超聲處理的功率為420~600W。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述殼聚糖與所述石墨的質(zhì)量比為.1:10-10:1o
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述殼聚糖的重均分子量為.5.0X10-1.0XlO60
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述殼聚糖的脫乙酰度為40°/『95%。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述醋酸水溶液的體積濃度為.0.5%~4%o
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述殼聚糖的醋酸水溶液的質(zhì)量濃度為 0.1-0.5mg/mL。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，超聲處理的時(shí)間為0.5-24小時(shí)。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述混合液經(jīng)過1000~2000rpm離心5—10分鐘ο
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，離心后的產(chǎn)物再使用體積濃度為.0.5%~4%的醋酸水溶液進(jìn)行15000~20000 rpm離心清洗，離心清洗的時(shí)間為1.5-3小時(shí)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多孔石墨烯及其制備方法。所述方法為：將石墨原料加入殼聚糖的醋酸水溶液中，以殼聚糖作為剝離劑，經(jīng)過超聲處理，離心純化，制備了具有多孔結(jié)構(gòu)的石墨烯材料。該石墨烯材料不僅具有多孔結(jié)構(gòu)，而且層數(shù)較少，片層橫向尺寸較大。與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于本發(fā)明中只使用了超聲處理，制備方法簡(jiǎn)單易行；由于使用石墨作為原料，制備的多孔石墨烯材料石墨化程度高。該多孔石墨烯材料在吸附、催化、氣體分離和超級(jí)電容器等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用價(jià)值。
【IPC分類】C01B31-04
【公開號(hào)】CN104843677
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510150669
【發(fā)明人】王小英, 李曉云, 孫潤(rùn)倉
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)
【公開日】2015年8月19日
【申請(qǐng)日】2015年3月31日