[发明专利]一种石墨烯多孔膜的制备方法

说明书

本发明提供了一种石墨烯多孔膜的制备方法，其中，该方法包括，将氧化石墨加入水中，得到氧化石墨分散液，超声分散，得到氧化石墨烯溶液；向上述氧化石墨烯溶液中加入造孔剂，使造孔剂均匀分散在氧化石墨烯中，抽滤和/或干燥，得到氧化石墨烯与造孔剂的复合物膜；对氧化石墨烯与造孔剂的复合物膜进行还原，洗涤，得到石墨烯与造孔剂的复合物膜；以有机溶剂除去造孔剂，在湿润条件下，进一步用临界点干燥法处理，得到石墨烯多孔膜；所述造孔剂为均聚物微球和共聚物微球中的一种或多种。该发明制备得到的石墨烯多孔膜内部的孔尺寸在100‑1000nm范围，可以通过调整造孔剂的浓度或者尺寸大小调控孔隙率，并且石墨烯多孔膜的产量高，操作设备简单。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种石墨烯多孔膜的制备方法。

背景技术

石墨烯是由碳的单原子层构成的二维蜂窝状网格结构，其独特的原子结构和电子结构，使材料具有优异的电学、热学和机械性能，同时具有超大的理论比表面积（理论计算值为2600m²/g），是新一代超级电容器电极材料的优选。但石墨烯不完全的还原程度和还原过程中由于范德华力作用而产生的堆叠，致使材料的导电性变差，比表面积远低于理论值，从而影响了最终性能。

为了进一步减少石墨烯的堆叠，增加固态石墨烯的比表面积，这就需要从分子尺度上对其微观结构进行有效设计。石墨烯多孔膜保留了石墨烯材料优异的固有性能，同时具有更高的比表面积，可较大程度的改善材料性能和结构缺陷。石墨烯多孔膜可以赋予其新的性能和应用，如电能转换、存储装置、电子场发射源、热扩散层、油相吸附剂和催化剂载体等。

目前，石墨烯多孔膜的制备主要是通过煅烧还原的方式。这种方法有很明显的缺点：一是能耗大，处理条件苛刻；二是热处理过程会造成多孔膜体积的膨胀；更重要的是，得到产物孔的多少和孔径大小都不可控，孔尺寸不均一，这种不可控和无序的结构不利于研究者对物质在多孔结构中的储存及传输原理的研究和理解。而采用有机溶剂溶解结合临界点干燥的方式制备石墨烯多孔膜的方法尚未见报道。这种制备方法的处理条件简单、温和、快速，可有效防止样品发生细微变形，所制得的石墨烯多孔膜具有孔径范围大、可调控、且均一的特点。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单、高效的制备石墨烯多孔膜的方法，可以显著提高石墨烯膜的比表面积，实现大量快速制备，对于石墨烯多孔膜在材料科学领域的研究和应用具有很大的意义。

本发明提供一种石墨烯多孔膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）将氧化石墨加入水中，得到氧化石墨分散液，超声分散，得到氧化石墨烯溶液；

（2）向上述氧化石墨烯溶液中加入造孔剂，使造孔剂均匀分散在氧化石墨烯中，抽滤和/或干燥，得到氧化石墨烯与造孔剂的复合物膜；

（3）对氧化石墨烯与造孔剂的复合物膜进行还原，洗涤，得到石墨烯与造孔剂的复合物膜；

（4）以有机溶剂除去造孔剂，在湿润条件下，进一步用临界点干燥法处理1-5h，得到石墨烯多孔膜。

所述步骤（1）中氧化石墨分散液的浓度为1-10mg/mL。

所述步骤（1）中超声分散时间为0.5-5h。

所述步骤（2）中造孔剂为均聚物微球、二元共聚物微球和多元共聚物微球中的一种或多种。

所述步骤（2）中氧化石墨烯与造孔剂的质量比为0.05-10 : 1，优选为0.1-2 : 1。

所述步骤（3）中采用的还原剂为氢碘酸，氢碘酸溶液的体积百分浓度为40-60%；氧化石墨烯与氢碘酸的用量比为（0.1-5）g:1L；反应温度为80-100℃；还原时间为1-8h。

所述步骤（4）中采用的有机溶剂为甲苯，四氢呋喃，四氢呋喃与丙酮的混合物中的一种或多种。