[发明专利]一种制备纳米三维石墨烯的方法

说明书

本发明涉及一种制备纳米三维石墨烯的方法，包括：将预设重量的固体模板置于一密闭容器中，密闭容器位于预设电场强度以及预设磁场强度的环境中；向密闭容器中通惰性气体以排尽空气，将密闭容器升温至预设温度；以1‑50mL/min的流速向密闭容器中通入碳源以及混合源，充分反应20‑80min后得到一中间产物；将中间产物经稀酸溶液洗涤1‑12h后经蒸馏水洗涤并调节pH为7，充分干燥后制得产物。本发明通过将碳源以及混合源在预设场强的电场以及磁场环境下进行制备石墨烯，碳源以及混合源分子在电场环境下进行极化，在磁场的控制下发生脱氢反应，能够实现石墨烯的可控性制备，整个反应过程无任何污染，且成本较低，可进行规模化生产，满足了实际应用需求。

技术领域

本发明涉及新材料制备技术领域，特别涉及一种制备纳米三维石墨烯的方法。

背景技术

石墨烯一直是备受世界各国政府及产业界高度关注的诺奖新星材料，具有一系列优异的热学、光学、电学以及力学等性质。由于石墨烯所具有的与众不同的物理化学性质，使其在诸多领域有着巨大的应用潜力。目前石墨烯的应用主要集中在以下几个方面：(1)储能方面：例如应用在锂离子电池、超级电容器、太阳能、燃料电池以及铅酸电池中；(2)复合材料：例如用作导电材料、导热材料、增强-增韧材料、防腐材料以及合金材料；(3)电子信息：例如用作透明导电薄膜、光电材料或柔性显示膜等方面；(4)水/气体处理：例如用于催化降解、吸附以及空气净化等领域。

目前关于石墨烯的制备方法主要分为两大类：Top-Down以及Bottom-up。具体的：(1)以Top-Down方法制备石墨烯，则主要以石墨为原材料，通过化学氧化还原、机械剥离、液相剥离、电化学制备技术、微波辐射、电弧放电以及溶剂热剥离等方法制备石墨烯。化学氧化还原法是目前规模化制备石墨烯的主要方法，所制备的石墨烯也含有大量的官能团，容易发生堆叠团聚，在诸多应用中需要将其还原除掉含氧官能团后才能使用。以石墨制备石墨烯投入较大，制备过程繁琐，同时在制备过程中产生大量的废酸和废水，污染严重。(2)以Bottom-up方法制备石墨烯，则主要以含碳的气体为原料通过化学气相沉积(CVD)法以及碳化硅(SiC)外延生长法等方法制备石墨烯。化学气相沉积法和碳化硅外延生长法能够制备出高品质的石墨烯，其制备过程中通常需要较高的温度，对设备要求极高，成本较高。

石墨烯粉体可分为二维石墨烯粉体以及三维石墨烯粉体，其中纳米三维石墨烯由于具有相互连接的孔道以及较大的比表面积，便于物质在石墨烯骨架中传输和扩散。纳米三维石墨烯可广泛应用于能源的存储(锂电池、超级电容器)和转化(燃料电池)，导热(散热膜)，涂料，复合材料和吸波材料等领域。现有的制备三维石墨烯粉体的技术，在制备过程中常不可避免地会产生一定的污染，且制作成本较高，难以进行大规模地生产，在一定程度上限制了实际应用。

发明内容

基于此，本发明的目的在于提出一种成本较低的且绿色无污染的纳米三维石墨烯的制备方法，以满足实际应用需求。

本发明提出一种制备纳米三维石墨烯的方法，其中，包括如下步骤：

将预设重量的固体模板置于一密闭容器中，所述密闭容器位于预设电场强度以及预设磁场强度的环境中，所述预设电场强度为6-50V/m，所述预设磁场强度为1-50A/m；

在向所述密闭容器中通入惰性气体以排尽所述密闭容器中的空气，将所述密闭容器升温至预设温度；

以1-50mL/min的流速向所述密闭容器中通入碳源以及混合源，充分反应20-80min后得到一中间产物，其中所述电场用于使得所述碳源以及所述混合源发生分子偶极矩变化，所述磁场用于使得所述碳源以及所述混合源发生脱氢反应；

将所述中间产物经稀酸溶液洗涤1-12h后，通过蒸馏水洗涤并调节pH为7，充分干燥后以制得所述纳米三维石墨烯。