[发明专利]笼状石墨烯材料及其制备方法

说明书

本发明属于复合材料技术领域，具体公开了一种笼状石墨烯材料及其制备方法，笼状石墨烯材料为链状石墨烯围成的笼状石墨烯材料；所述制备方法具体步骤如下：1)在乙二醇、还原剂和碱的作用下，将镍盐还原为镍单质，施加磁场加热后得到镍纳米链；2)CVD法制备生长在镍基底表面的链状石墨烯笼；3)将链状石墨烯笼浸入硝酸中，制得笼状石墨烯材料。本发明在确保不引入新组分的前提下，实现极大地改善石墨烯团聚现象。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种笼状石墨烯材料及其制备方法。

背景技术

石墨烯自2004年被发现以来，其诸多优异的理化性质一直受到研究者的关注，然而其本身的表面能很大，导致特别容易发生堆垛，或者卷曲、团聚，使其比表面积与理论值相差甚远，极大地影响其自身性能，一般针对这种现象有两种解决办法，一种是和纳米载体复合，利用载体的支撑作用使其片层铺展开，这种方法虽然对石墨烯的团聚效应确有一定的改善效果，但是新组分的引入也有可能影响石墨烯的其他性能；另一种方法是设计特殊形貌的石墨烯，使其自身各原子支撑，形成中空结构或者网状结构，利用这种思想，人们已经研究出各种结构的石墨烯材料，如三维石墨烯、石墨烯海绵、多级结构石墨烯、海胆状石墨烯、树枝状石墨烯等等，然而，利用镍纳米链为模板制备的石墨烯笼尚未见报道。

例如专利CN202010333939.5公开一种镍包覆石墨烯的制备方法，通过将石墨分解成颗粒，用氮气吹入不锈钢管内，使用超高频感应加热至1250度，管内产生高频震荡，形成网状通道，加速石墨的分离；用空气电加热器加热，超声波在管中传播形成震振网，分散团聚石墨烯，进行冷凝；将镍水倒入高速风口，吹入真空，在真空管中高速直线运动，超声波网形震动击散，使空中石墨烯呈网状分布，镍粉超速碰击石墨烯将石墨烯包覆，再将氮气充入，用超声波网过滤；实现对石墨烯的分散以解决团聚问题。但并未公开镍纳米链为模板制备石墨烯笼的相关方案。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供一种笼状石墨烯材料及其制备方法，在确保不引入新组分的前提下，实现极大地改善石墨烯团聚现象。

本发明采用如下技术方案：

一方面，本发明提供一种笼状石墨烯材料，所述笼状石墨烯材料为链状石墨烯围成的笼状石墨烯材料。

进一步地，所述笼状石墨烯材料的直径为200～300纳米。

进一步地，所述笼状石墨烯材料的链状石墨烯的长度可达数微米至数十微米。

另一方面，本发明提供一种笼状石墨烯材料的制备方法，具体步骤如下：

1)在乙二醇、还原剂和碱的作用下，将镍盐还原为镍单质，施加磁场加热后得到镍纳米链；

2)CVD法制备生长在镍基底表面的链状石墨烯笼；

3)将链状石墨烯笼浸入硝酸中，制得笼状石墨烯材料。

进一步地，所述镍盐、还原剂和碱的摩尔比为1∶0.1～1∶0.5～2。

进一步地，所述镍盐为氯化镍、溴化镍、醋酸镍、硫酸镍、硝酸镍中的一种。

进一步地，所述还原剂为水合肼、硼氢化钠中的一种。

进一步地，所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水中的一种。

进一步地，所述碱液的质量浓度为5～25％。

进一步地，所述镍纳米链的制备过程如下：

向盛有镍盐的容器中加入乙二醇，待镍盐完全溶解后，向溶液中加入还原剂，随后滴加碱液，待搅拌均匀后，将混合液移入烘箱，并对其施加磁场，进行溶剂热反应，反应结束后，将其取出，冷却，产物用水和无水乙醇洗涤数次，干燥，得到糖葫芦状的镍纳米链。

进一步地，所述磁场的强度为0～0.5T。