[发明专利]一种石墨烯造孔方法

说明书

本发明涉及材料技术领域，具体涉及一种石墨烯造孔方法，利用未除去金属基底的石墨烯的金属基底与加入的元素反应生成带有凸起或尖刺形状的化合物，刺破覆盖在金属基底上的石墨烯，经后续处理除去金属基底后得到多孔的三维立体石墨烯；本发明制备得到的多孔三维立体石墨烯，其孔隙直径为100‑1500nm，且石墨烯本身的宏观结构和晶体结构并未受到破坏，在保持石墨烯材料原本优良的性能，产物形貌优异，操作简单，适用范围广，重复率高，对实验设备要求低，进行表面造孔后的三维立体石墨烯可作为电极在电池体系、超级电容器体系中进行使用，并且性能有显著提升。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，具体涉及一种石墨烯造孔方法。

背景技术

2004年，英国曼彻斯特大学的研究人员安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫利用胶带反复撕揭的方法第一次制备得到了石墨烯。随后，由于石墨烯独特的原子结构使其在机械性能、热学性能、化学性能以及电学性能等方面具有其他材料无法媲美的优势从而受到世界范围内研究人员的广泛关注。

特别的，由于石墨烯优异的导电能力以及超高的比表面积，使其被寄希望于作为电极材料或电极集流体在电池体系或超级电容器体系等电化学储能和能源转换领域进行应用。而相较于传统的二维石墨烯，具有宏观三维立体结构的三维立体石墨烯在孔隙结构、比表面积、物质传输等领域更具优势，不仅拥有更多的活性位点、更高的活性物质负载能力，且其本身的孔隙结构十分有利于电化学反应过程中物质的传输和产物的储存，故相较于众多的电极材料展现出独特优势而被寄予厚望。

在实际作为电极材料使用的过程中，其三维骨架结构承担了电子传输、粒子输运、活性物质担载和产物储存的功能，而真正的活性位点则位于其边界/缺陷处，因而在保证三维立体石墨烯骨架结构基本保持的情况下尽可能增大其边界数量成为进一步提升其作为电极材料性能的关键，在三维立体石墨烯表面进行造孔成为当前一种非常高效而可行的方案。例如中国专利文献号CN103738957A公开了一种石墨烯表面造孔的方法，包括将以环戊二烯基铁(二茂铁)与氧化石墨烯的分散液混合后经水热处理制备成前驱物，经热处理冷却后经酸处理得到多孔石墨烯。中国专利文献号CN106744827A公开了一种利用微波燃烧对石墨烯进行可控造孔的方法，包括将前驱体与氧化石墨烯按照一定质量比分散后获得分散液，对分散液进行冷冻干燥、微波燃烧处理后获得多孔石墨烯。但上述方法均只适用于可在溶液中进行分散的石墨烯微米片/纳米片，并不适用于三维立体石墨烯的表面造孔，且上述方法操作步骤较为复杂，还需要使用冷冻干燥等方法，对实验条件要求较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种操作简便，重复率高，对实验设备要求低的石墨烯造孔方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种石墨烯造孔方法，包括

利用未除去金属基底的石墨烯的金属基底与加入的元素反应生成带有凸起或尖刺形状的化合物，刺破覆盖在金属基底上的石墨烯，经后续处理除去金属基底后得到多孔的三维立体石墨烯。

优选的，所述元素反应在加热条件下进行，所述元素为次磷酸钠或次磷酸铵；

将带有金属基底的石墨烯放入一容器中，将次磷酸钠放于另一容器中，两个所述容器一同放进加热炉，在保护气氛下热处理，处理完成后除去生长所用的金属基底后获得多孔的三维立体石墨烯。

优选的，所述热处理温度为200-600℃，热处理时间为0.5-5h，完成后自然冷却至室温从加热炉取出。

优选的，所述加热炉为管式炉，装有次磷酸钠的容器靠近管式炉的进气口，装有带有金属基底的石墨烯的容器靠近管式炉的出气口。

优选的，所述带有金属基底的石墨烯与次磷酸钠的质量比为1:1-10。

优选的，所述保护气氛为惰性气体与还原性气体中的一种或多种，当为混合气体时不同气体是以任意比例混合；