一种单层石墨烯构筑的三维多孔石墨烯薄膜的制备方法.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CN106744841A(43)申请公布日2017.05.31(21)申请号201611191949.X(22)申请日2016.12.21(71)申请人广东工业大学地址510062广东省广州市越秀区东风东路729号(72)发明人招瑜庞洲骏魏爱香李京波刘俊肖志明温如春陈镇海(74)专利代理机构广东广信君达律师事务所44329代理人杨晓松(51)Int.Cl.C01B32/184(2017.01)权利要求书2页说明书3页附图2页(54)发明名称一种单层石墨烯构筑的三维多孔石墨烯薄膜的制备方法(57)摘要一种利用单层石墨烯构筑的三维石墨烯薄膜的制备方法及应用。其特征在于：在制备石墨烯的改进Hummer法工艺过程中加入超声粉碎和球磨剥离工艺，获得单层或少层的石墨烯，以有机溶剂混合制备出石墨烯浆料，以丝网印刷的方法在基底上印刷不同厚度的石墨烯浆料，将这种印刷有石墨烯浆料的基底置于马弗炉，以高温热处理的方法去除有机浆料后获得一种互联的、具有纳米级的多孔三维结构的石墨烯薄膜。该薄膜具有高比表面积，可以金属氧化物、金属硫化物修饰后作为超级电容器、锂离子电池、薄膜太阳能电池等电极材料。CN106744841ACN106744841A权利要求书1/2页1.一种利用单层石墨烯构筑的三维石墨烯薄膜的制备方法，包括以下步骤：(1)改进Hummer法制备氧化还原石墨烯天然石墨和硝酸钠经过低温反应、中温反应、高温反应得到氧化石墨烯；氧化石墨烯的还原：干燥箱45℃烘干得到片状样品，碾磨成粉末放入坩埚。将坩埚放入温度为300℃的马弗炉2min。得到蓬松的石墨烯粉末；球磨处理：1)准确称取干燥的石墨烯粉末0.02g，加入到乙醇或纯水中，搅拌后在超声波清洗器中超声分散10min，使石墨烯粉末均匀分散在溶剂中；2)将均匀分散在溶剂中的石墨烯粉末悬浮液连同氧化锆磨球一同装入球磨罐中，置于行星式球磨机内进行球磨；控制转速以减少磨球在法线方向上的撞击比率，增强剪切力；最后将球磨后的石墨烯分散液抽滤干燥后，得到单层石墨烯粉末。(2)三维石墨烯薄膜的制备石墨烯浆料的制备：配制质量分数为5％-15％的乙基纤维素的乙醇溶液，搅拌均匀后再加入9.6g松油醇和9.2g无水乙醇；最后加入准备好的0.05-0.1g单层石墨烯粉末；磁力搅拌20-30min，再超声分散20min,交替3-5次；然后再搅拌蒸发干无水乙醇；再加入0.6ml乙酰丙酮和0.6mlOP乳化剂搅拌均匀后得到石墨烯浆料；丝网印刷对电极方法，在清洗干净的FTO玻璃导电面印刷多层石墨烯浆料，放置鼓风干燥箱预处理20min；然后再重复印刷；最后100-150℃固化处理；印刷上不同层数的石墨烯浆料；最后在马弗炉中进行热处理。2.根据权利要求1所述的一种利用单层石墨烯构筑的三维石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于，所述的低温反应：在量取23ml浓硫酸倒入锥形瓶，放入冰水浴冷却至4-0℃，把1g天然石墨和0.5g硝酸钠倒入锥形瓶，开启超声，0.5-2h后关闭超声；缓慢加入高锰酸钾3g，在低于10℃搅拌2小时；中温反应：锥形瓶移至38℃水浴锅，搅拌反应2小时；高温反应：把所得溶液加入100ml低温去离子水，80℃水浴0.5小时，然后加入60ml去离子水终止反应；随后加入25ml体积比为30％的过氧化氢溶液，15min后加入40ml体积比为10％的盐酸溶液；离心1000转/min洗涤去除酸根离子，用氯化钡检测无白色沉淀。3.根据权利要求1所述的一种利用单层石墨烯构筑的三维石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于，其特征在于：氧化还原石墨烯粉末利用球磨剥离，氧化钴球磨珠与氧化还原石墨烯粉末的球料质量比约为2000:1至10000:1,转速为200-400转/分钟，球磨时间10-30h。4.根据权利要求1所述的一种利用单层石墨烯构筑的三维石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于，以包括但不限于OP乳化剂、松油醇、乙酰丙酮和乙基纤维素作为有机溶剂制备出石墨烯浆料。5.根据权利要求1所述的一种利用单层石墨烯构筑的三维石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于，印刷有石墨烯浆料的导电基底置于鼓风干燥箱预处理温度为80-120℃。6.根据权利要求1所述的一种利用单层石墨烯构筑的三维石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于，印刷有石墨烯浆料的导电基底置于马弗炉，热处理的温度为100-400℃。7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法制备得到的三维石墨烯薄膜。8.根据权利要求7所述的一种利用单层石墨烯构筑的三维石墨烯薄膜的应用，其特征在于，这种石墨烯薄膜可以直接为超级电容器、锂离子电池、薄膜太阳能电池和染料敏化太2CN106744841A权利要求书2/2页阳能电池的电极材料。9.根据权利要求7所述的一种利用单层石墨