[发明专利]石墨烯/普鲁士蓝类配合物复合气凝胶、制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯/普鲁士蓝类配合物复合气凝胶、制备方法及其应用，属于纳米材料应用领域。

背景技术

石墨烯是一种碳原子以sp²杂化轨道组成六角型，且只有一个碳原子厚度的二维材料，是目前世界上最薄也是最坚硬的材料。与其它碳材料（如石墨、碳纳米管等）相比，石墨烯具有更加优秀的导电性（10³~10⁴S m^-1）、大的比表面积（约2630m²g^-1）、更高的杨氏模量（约为1100GPa）以及热导率（约为5000W m^-1K^-1）。近年来，石墨烯作为储能、催化材料以及相关器件研究也逐步深入。但是由于强的π-π相互作用，石墨烯片层容易堆积，造成性能下降。为解决这一问题，人们通过引入其他材料对石墨烯进行功能化，拓宽石墨烯的应用领域。

普鲁士蓝(Fe₄[Fe(CN)₆]₃)为一种配合物，具有电致变色和电化学性能。普鲁士蓝可以将过氧化氢还原为水和氧气，可制成高灵敏度和高选择性的生物传感器。普鲁士蓝类配合物（包括普鲁士蓝）为一类氰基配合物，通式为E_nA_p[B(CN)_q]·aq，式中A和B为同种或不同的过渡金属，E为碱金属，也可以不存在。由于普鲁士蓝类配合物是一种氰基桥联金属离子的配合物，表现出高的居里温度和大的矫顽力，并且具有其他传统磁体不具有的磁学性质，简称类分子磁体，具有比重轻、可溶性好、绝缘透光、可塑性强、容易复合加工成型等特点。普鲁士蓝类配合物也是一种多孔材料，如Cu系脱水普鲁士蓝类配合物可作为储氢材料，在77K、1atm下具有2wt%左右的储氢量。

气凝胶是由纳米级胶体粒子或高聚物分子构成的三维多孔性非晶固体，具有低密度、高比表面积及高孔隙率，目前通过还原氧化石墨烯，可得到结构均一和高含水量（含水量最高可达98wt%）的块状水凝胶，然后经过一步定向（或非定向）冷冻干燥或者超临界流体干燥技术处理，即可得到石墨烯气凝胶。所述石墨烯气凝胶具有较好的导电性以及优异的力学性能，并成功应用于双电层电容器的电极材料，其比电容可达到50~300F/g。但单一的石墨烯气凝胶应用仍受到很大限制，因此需要将石墨烯与其它材料复合，以拓宽石墨烯气凝胶的应用领域。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种石墨烯/普鲁士蓝类配合物复合气凝胶，所述复合气凝胶比表面积大、密度低，具有优异的导电性。

本发明的目的之二是提供所述复合气凝胶的制备方法。

本发明的目的之三是提供所述复合气凝胶的应用，所述复合气凝胶具有优异的储氢性能、催化还原过氧化氢性能和电致变色性能。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种石墨烯/普鲁士蓝类配合物复合气凝胶，所述复合气凝胶的基体为石墨烯气凝胶，石墨烯气凝胶由石墨烯片层形成三维网络结构，普鲁士蓝类配合物颗粒呈纳米级，附着在石墨烯片层上；

优选所述复合气凝胶的孔径为1nm~10μm，密度为0.045~0.5g cm^-3，比表面积为200~1500m²g^-1，电导率为10^-1~10²S m^-1；