[发明专利]利用金属离子诱导石墨烯三维网络的制备方法

说明书

利用金属离子诱导石墨烯三维网络的制备方法，涉及一种石墨烯三维网络的制备方法，石墨烯三维网络是以氧化石墨烯或其衍生物为初始原料，采用金属纳米簇、纳米金、金属盐作为辅助，在水相、乙醇相或有机相中形成具有稳定结构的互溶体系，并经过化学还原、热还原、溶剂热还原手段，制备出孔隙互通、大小可控、局域有序的石墨烯三维网络结构，然后经过反复溶解和冲洗，获得孔隙规整、结构稳定的石墨烯三维网络。石墨烯三维网络结构可以用于光电功能材料、先进复合材料、超轻质材料的基体或增强材料，在高功率电源、污水处理、高效催化剂、光电检测器等领域都具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯三维网络的制备方法，特别是涉及一种利用金属离子诱导石墨烯三维网络的制备方法。

背景技术

石墨烯三维网络是一类具有连续通孔结构的超轻质石墨烯骨架材料，在增强材料和功能材料领域具有十分重要的应用价值。主要结构由石墨烯连续结构和互通孔隙构成，具有轻质、高强度、导电性好、光学可调控性等特点。目前，类似的石墨烯三维网络材料（石墨烯泡沫、石墨烯气凝胶），一般采用模板法、冷冻干燥法来制备相应的，前一种方法能够制备出结构可控的石墨烯三维网络，但是通常模板不能够完全去除，而且制备石墨烯骨架需要消耗大量微球模板剂，提高成本；后一种方法能够较为低成本地制备石墨烯三维网络，但是该方法存在效率低下、制备的产品存在大量结构随机性强，制备的石墨烯气凝胶具有明显的闭孔结构，不利于作为先进增强材料使用，这些问题的存在制约了石墨烯三维网络材料的发展。因此，采用金属中心作为人工造点调控石墨烯的三维结构，形成连续互通的超轻质石墨烯三维网络结构，对实现石墨烯三维材料制备的可控性和进一步实施其应用，具有重要实际意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用金属离子诱导石墨烯三维网络的制备方法，该方法调节金属离子的类型和官能团类型制备不同孔隙大小的石墨烯三维网络，孔隙可控性好；嵌入不同的功能粒子复合，可获得石墨烯三维网络复合结构，提供多功能平台便于应用化。为石墨烯材料性能优化和制备轻质复合材料提供增强骨架支持。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

利用金属离子诱导石墨烯三维网络的制备方法，所述方法是以氧化石墨烯或氧化石墨烯衍生物为原料，利用金属离子、金属团簇、金属纳米晶的表面金属离子作为金属中心，促使氧化石墨烯或氧化石墨烯衍生物以金属中心诱导形成具有拓扑结构的金属-氧化石墨烯三维互通网格结构，并经过还原和去除金属，制得石墨烯三维网络；包括以下制备过程：

（1）将氧化石墨烯(或氧化石墨烯衍生物)通过超声振荡于分散介质中，形成稳定溶液，其浓度为0.1~10mg/mL，其分散介质为水、有机溶剂以及各种非质子溶剂；

（2）在氧化石墨烯(或氧化石墨烯衍生物)稳定溶液中，加入表面离子化的金属纳米簇、金属纳米晶溶液，形成半稳定的金属中心-氧化石墨烯三维空间网络结构；

（3）将金属中心-氧化石墨烯(或氧化石墨烯衍生物)三维空间网络的溶液体系进行同步还原，制备出含金属纳米簇或纳米晶或金属离子的石墨烯三维网络结构；

（4）或将制备的含金属石墨烯三维网络结构进行金属离子去除，经过干燥或溶剂去除，最终制备出高纯度石墨烯三维网络。

所述的利用金属离子诱导石墨烯三维网络的制备方法，所述加入表面离子化的金属纳米簇、金属纳米晶溶液为Au、Ag、Cu、Al、Fe、Co、Ni、Zn、Mn过渡金属的金属纳米簇、金属纳米晶的氯化物、溴化物、碘化物、氢氧化物溶液以及硫酸、硝酸、氰酸的强酸溶液之一和二者以上的复合，作为金属中心的人工造点。

所述的利用金属离子诱导石墨烯三维网络的制备方法，所述表面离子化的金属纳米簇、金属纳米晶溶液浓度为所使用氧化石墨烯或氧化石墨烯衍生物)稳定溶液浓度的0.01%~20%质量比。