[发明专利]石墨烯气凝胶微球及其制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯气凝胶微球及其制备方法。所述石墨烯气凝胶微球包含由石墨烯聚集形成的多孔结构，多孔结构中所含孔洞的孔径为1～500nm，且石墨烯气凝胶微球的比表面积为100～1000m²/g，堆积密度小于300mg/cm³，比电容为30～500F/g。所述制备方法包括：提供氧化石墨烯水分散液；将氧化石墨烯水分散液与还原剂混合形成混合液；将混合液喷射为单分散的微液滴，并以由疏水型颗粒聚集成的粉体承接微液滴，获得氧化石墨烯水分散液的液体弹珠；使液体弹珠凝胶，得到石墨烯水凝胶微球；除去疏水性颗粒，通过溶剂置换和干燥，获得石墨烯气凝胶微球。本发明方法简单，所制备的石墨烯气凝胶微球尺寸均一且可控，性能优异，并可实现连续化生产，具有巨大的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯气凝胶，尤其涉及一种石墨烯气凝胶微球及其制备方法，属于纳米多孔材料技术领域。

背景技术

气凝胶的产生起源于上世纪三十年代，由美国加州太平洋大学化学家Sterven．S．Kistler无意中发明的一种物质，俗称“冷冻烟雾”，将硅胶中的水提取出来，然后用诸如二氧化碳之类的气体取代水的方法制成的。经过八十多年的发展，气凝胶材料已逐步实现商业化，在诸多领域有着重要的应用。

石墨烯作为一种性能优异的新型纳米材料，经过短短十年的发展，便已百花齐放，在各个研究领域有着重要的进展与应用。石墨烯气凝胶是利用氧化石墨烯作为前驱体，加入适当的还原剂后，静置凝胶，并在溶剂置换后进行超临界干燥以去除溶剂，同时保持其三维网络结构基本不变，这样得到的石墨烯气凝胶继承了石墨烯和气凝胶二者的优点，具有良好的导电性、机械性能以及超高的比表面积，因此在超级电容器，电极材料，催化等领域具有很大的应用潜力。

传统的石墨烯气凝胶材料多为块体材料，而块体气凝胶材料在生产制备上有一些较大的缺陷。诸如：较大尺寸的石墨烯气凝胶的制备在工艺上比较复杂，特殊形状的气凝胶材料也很难制备，块体气凝胶也不易和其他材料进行复合、共混。

鉴于传统石墨烯气凝胶的块体结构，迫切需要设计并提出一种结构新颖的石墨烯气凝胶及相应制备方法，来达到工艺简单、生产周期短、成本低的目的，充分发挥石墨烯气凝胶本身的优势，将石墨烯气凝胶的应用推向一个新高度。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种石墨烯气凝胶微球及其制备方法，以克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种石墨烯气凝胶微球，所述石墨烯气凝胶微球包含由石墨烯聚集形成的多孔结构，所述多孔结构中所含孔洞的孔径为1～500nm，且所述石墨烯气凝胶微球的平均直径为500nm～5mm，比表面积为100～1000m²/g，堆积密度小于300mg/cm³，比电容为30～500F/g。

本发明实施例还提供了所述石墨烯气凝胶微球的制备方法，其包括如下步骤：

（1）提供氧化石墨烯水分散液；

（2）将所述氧化石墨烯水分散液与还原剂均匀混合形成混合液；

（3）将所述混合液喷射为单分散的微液滴，并以由疏水型颗粒聚集成的粉体承接所述微液滴，获得氧化石墨烯水分散液的液体弹珠；

（4）使所述液体弹珠凝胶，得到石墨烯水凝胶微球；

（5）除去附着于所述石墨烯水凝胶微球表面的疏水性颗粒，再通过溶剂置换和干燥，获得石墨烯气凝胶微球。

与现有技术相比，本发明的优点包括：

（1）本发明提供的石墨烯气凝胶微球的制备方法，设备操作简单，制备出氧化石墨烯的水分散液后可以直接喷射，同时可实现连续化自动化生产，大大缩短了制备周期和成本，具有巨大的应用前景；