[发明专利]一种多孔石墨烯/碳纳米管柔性自支撑膜材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种多孔石墨烯/碳纳米管柔性自支撑膜材料的制备方法，包括步骤如下：将氧化石墨烯(GO)分散液与聚苯乙烯微球(PS)溶液混合超声，得到GO‑PS混合液；将单壁碳纳米管(SWCNT)分散液超声，加入到GO‑PS混合液，得到GO‑PS‑SWCNT混合液；将GO‑PS‑SWCNT混合液真空抽滤成膜，煅烧，即得多孔石墨烯/碳纳米管柔性自支撑膜材料e‑RGO‑SWCNT。本发明制备的柔性膜材料，具有较高的比表面积，3D多孔相互连接框架，以及良好的导电性，是一种较好的催化剂载体，无需额外自流体即可负载Pt催化剂。

技术领域

本发明涉及一种多孔石墨烯/碳纳米管柔性自支撑膜材料的制备方法，属于电池催化材料技术领域。

背景技术

柔性电子产品，如移动手机、电子纸以及可穿戴设备等，由于其超轻，可携带以及可折叠的性能引起研究者的广泛关注。其中，低温燃料电池因其低成本、高功率密度、快速启动等特性，被认为潜在能源。近几年，高机械强度以及优异电化学性能的可折叠柔性能源设备应运而生，发展势头迅猛，被广泛用于超级电容器，可充电电池以及太阳能电池。迄今为止，鲜有报道合成柔性电极载体材料负载催化剂用于燃料电池。

柔性电极一般包括导电高分子，金属以及金属纳米粒子/纳米线以及碳材料如碳纳米管、石墨烯纸以及石墨烯泡沫等，已广泛应用于众多领域。其中，石墨烯纸由单一石墨烯或者氧化石墨烯组成，其独特的优点被广泛应用于可携带柔性电子装置。其优点包括较高的比表面积、良好的导电性、优异的机械强度以及柔韧性。Li等研究了采用真空抽滤方法制备石墨烯膜，但石墨烯堆集严重导致其比表面积以及性能大大降低。

为解决上述问题，Chen等研究者引入Ni纳米粒子作为“插层”从而产生大量介孔-大孔以抑制石墨烯堆集。此外，采用激光还原方法也可抑制石墨烯膜的堆积。上述两种合成方法可制备具有优异导电性的石墨烯纸自支撑膜材料，同时可较好抑制石墨烯堆集，但是其制备方法复杂，成本较高从而限制其实际应用。

此外，中国专利文件CN107723925A公开了一种具有仿莲藕孔结构的多孔碳纳米纤维自支撑膜及其制备方法。本发明的多孔碳纳米纤维自支撑膜具有类似莲藕孔结构的多孔形貌，是通过调控造孔剂(聚苯乙烯)在聚丙烯腈纤维前躯体中的含量，并经过高温碳化制备得到；其制备过程包括：配制聚丙烯腈/聚苯乙烯纺丝液；通过静电纺丝制备聚丙烯腈/聚苯乙烯纳米纤维膜；通过高温碳化聚丙烯腈/聚苯乙烯纳米纤维膜得到多孔碳纳米纤维自支撑膜。该支撑膜采用静电纺丝成膜，成本较高。中国专利文件CN105542332A公开了一种制备聚苯乙烯/石墨烯/贵金属复合粒子的方法，所述方法包括：(1)采用未经表面改性与修饰的聚苯乙烯微球，用水配制成聚苯乙烯微球分散液；(2)将氧化石墨分散在水中，经超声剥离，得到氧化石墨烯水分散液；(3)搅拌下，将氧化石墨烯水分散液加入到聚苯乙烯微球水分散液中，升温至80-100℃，加入水合肼，反应45-150分钟，经离心、洗涤，得到聚苯乙烯/石墨烯复合粒子的水分散液；其中，水合肼与氧化石墨烯的质量比100∶1-5，和(4)在聚苯乙烯/石墨烯复合粒子的水分散液中，加入贵金属前驱体，在20-100℃下反应30-120分钟，然后经离心、洗涤，得到聚苯乙烯/石墨烯/贵金属复合粒子。该方法制备过程复杂，成本较高，而且使用水合肼，存在毒性，难以产业化生产。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，解决石墨烯层堆积和聚集，以及在合成石墨烯柔性膜过程中，其制备过程繁琐，合成周期较长，成本较高，难于产业化生产的问题。本发明提供一种多孔石墨烯/碳纳米管柔性自支撑膜材料的制备方法。采用成本低的聚苯乙烯微球作为硬模板以抑制石墨烯堆叠，掺杂碳纳米管，制备出高比表面积、优异的机械强度以及柔韧性的多孔石墨烯/单壁碳纳米管柔性膜材料，作为载体负载Pt纳米粒子作为催化剂，可应用于甲醇燃料电池。

本发明的技术方案如下：

一种多孔石墨烯/碳纳米管柔性自支撑膜材料的制备方法，包括步骤如下：

将氧化石墨烯(GO)分散液与聚苯乙烯微球(PS)溶液混合超声，得到GO-PS混合液；