三维石墨烯及其制备方法和应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110104634A(43)申请公布日2019.08.09(21)申请号201910413587.1H01G11/38(2013.01)(22)申请日2019.05.17(71)申请人新奥石墨烯技术有限公司地址065001河北省廊坊市经济技术开发区华祥路东、鸿润道北(72)发明人康守国李金来史俊斌张小诗(74)专利代理机构北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙)11201代理人赵天月(51)Int.Cl.C01B32/184(2017.01)C01B32/33(2017.01)C01B32/348(2017.01)H01G11/24(2013.01)H01G11/36(2013.01)权利要求书2页说明书15页附图2页(54)发明名称三维石墨烯及其制备方法和应用(57)摘要本发明提供了三维石墨烯及其制备方法和应用。制备三维石墨烯的方法包括：将原料煤在微波反应炉中进行热解处理，以便得到热解半焦；将热解半焦和活化剂混合，以便得到混合物料；将混合物料在微波反应炉中进行活化处理，以便得到三维石墨烯。由此，得到的三维石墨烯具有孔孔隙发达、比表面积大、孔径分布可控等优点，可使其应用于超级电容器；此外，上述制备方法污染小、能耗低、工艺时长短、易控制、制备成本低，易于工业化生产。CN110104634ACN110104634A权利要求书1/2页1.一种制备三维石墨烯的方法，其特征在于，包括：将原料煤在微波反应炉中进行热解处理，以便得到热解半焦；将所述热解半焦和活化剂混合，以便得到混合物料；将所述混合物料在所述微波反应炉中进行活化处理，以便得到所述三维石墨烯。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热解处理满足以下条件至少之一：所述热解处理的温度为500～900℃；所述热解处理的时间为0.1～3小时；所述微波反应炉的频率为915MHz～2450MHz。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述原料煤的固定碳含量为30％～80％。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，得到所述混合物料的步骤包括：将所述热解半焦和所述活化剂进行捏合处理，以便得到所述混合物料。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述捏合处理的捏合温度为100～300℃，捏合时间为1～10小时。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热解半焦和所述活化剂的质量比为1:0.1～1:5。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述活化剂选自KOH、KCl、K2CO3、MgO、MgCl2、NaOH、NaCl、Na2CO3、ZnCl2、NaOH、FeCl3和Fe(NO3)3中的至少一种。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述活化处理满足以下条件至少之一：所述活化处理的温度为700～1200℃；所述活化处理的时间为0.1～3小时；所述微波反应炉的频率为915MHz～2450MHz；所述活化处理的气氛是惰性气体。9.根据权利要求1～8中任一项所述的方法，其特征在于，还包括对所述活化处理的产物进行以下处理步骤中的至少之一：脱不定性碳处理；酸洗处理；高温纯化处理。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述脱不定性碳处理是在400～600℃下利用氧化性气体处理完成的，其中，所述氧化性气体选自氧气、二氧化碳和空气中的至少一种；任选地，所述酸洗处理是在25～120℃下利用盐酸、硝酸、硫酸、磷酸、氢氟酸和草酸中的至少一种进行洗涤完成的；任选地，所述高温纯化处理是在1500～2400℃下，绝对压力低于30pa的环境中处理完成的。11.一种三维石墨烯，其特征在于，是利用权利要求1～10中任一项所述的方法制备得到的。12.一种制备三维石墨烯-碳纳米管复合材料的方法，其特征在于，包括：将权利要求1～10中任一项方法制备的三维石墨烯或权利要求11所述的三维石墨烯，与催化剂混合，以便得到混合产物；2CN110104634A权利要求书2/2页将所述混合产物置于微波反应炉中，并向所述微波反应炉中通入气体碳源，以便在三维石墨烯的表面上生长碳纳米管，得到所述三维石墨烯-碳纳米管复合材料。13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述催化剂选自含铁、钼、钴、镍中至少一种的金属催化剂，任选地，所述三维石墨烯与所述催化剂的质量比为1:0.01～1:2。14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述微波反应炉中的微波频率为300MHz～300GHz，优选地，所述微波反应炉中的微波频率为865MHz～965MHz，或2400MHz～2500MHz；任选地，生长所述碳纳米管的温度为600～1000℃，时间为0.5～2小时。15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述气体碳源选自甲烷、乙烯、乙烷、乙炔、丙烷、丙