一种超级电容器用分级多孔石墨烯材料的制备方法.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(10)申请公布号CNCN103641111103641111A(43)申请公布日2014.03.19(21)申请号201310731276.2(22)申请日2013.12.26(71)申请人安徽工业大学地址243002安徽省马鞍山市花山区湖东路59号(72)发明人何孝军韩久凤张和宝(74)专利代理机构南京知识律师事务所32207代理人蒋海军(51)Int.Cl.C01B31/04(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书4页说明书4页附图2页附图2页(54)发明名称一种超级电容器用分级多孔石墨烯材料的制备方法(57)摘要本发明公开一种超级电容器用分级多孔石墨烯材料的制备方法，属于炭材料制备技术领域。该方法是以煤沥青为碳源，过渡金属形成的纳米氧化锌或者纳米三氧化二铁为模板，氢氧化钾为活化剂，三者研磨后的混合物转移至瓷舟中，置于管式炉内在负压条件下进行加热，一步法制得超级电容器用分级多孔石墨烯材料。所得分级多孔石墨烯材料的比表面积介于664-1862m2/g之间，总孔容介于0.51-1.60cm3/g之间，平均孔径介于2.53-5.91nm之间，分级多孔石墨烯的产率介于16.9-62.8%之间。本发明以廉价的煤沥青为原料，大大简化了制备工艺，增加了操作安全性，本发明具有工艺简单、成本低廉以及适合工业化生产等优点。CN103641111ACN10364ACN103641111A权利要求书1/1页1.一种超级电容器用分级多孔石墨烯材料的制备的方法，其特征在于该方法具体步骤如下：（1）反应物的预处理：对煤沥青进行研磨后，称取一定量的粒径小于74μm的煤沥青放入研钵中，加入一定量的纳米级的过渡金属氧化物，再加入一定量的固体氢氧化钾，所述煤沥青、纳米级的过渡金属氧化物及氢氧化钾混合物的总质量为27g，其中，所述氢氧化钾的质量占混合物总质量的22.2%，将所得三种反应物混合研磨1-2h后，放入球磨机中，以303-500r/min的转速球磨20-30min后得到反应物；（2）分级多孔石墨烯材料的制备：把步骤（1）得到的反应物放入瓷舟中，然后将所述瓷舟置于管式炉内，通入氮气5-15min将所述管式炉内的空气排净，然后关闭氮气，抽真空至所述管式炉内的压力为-0.1MPa，以5℃/min的升温速率将所述管式炉加热至150℃，恒温0.5h，继续以5℃/min的升温速率将所述管式炉加热至800-850℃，恒温1h，加热过程中使用真空泵抽出所述管式炉内生成的一部分气体产物，使所述管式炉内的压力介于-0.05MPa～-0.1MPa之间，最后在-0.05MPa～-0.1MPa压力下使所述管式炉自然降至室温，然后将得到的产物取出、磨碎后放入烧杯中，经酸洗、蒸馏水洗涤和干燥后得到超级电容器用分级多孔石墨烯材料。2.根据权利要求书1所述的一种超级电容器用分级多孔石墨烯材料的制备方法，其特征在于所述纳米级过渡金属氧化物为纳米氧化锌或纳米三氧化二铁。3.根据权利要求书1所述的一种超级电容器用分级多孔石墨烯材料的制备方法，其特征在于所述煤沥青的质量占混合物总质量的15.6%-33.3%之间，所述纳米氧化物的质量占混合物总质量的44.4%-62.2%。2CN103641111A说明书1/4页一种超级电容器用分级多孔石墨烯材料的制备方法技术领域：[0001]本发明属于炭材料制备技术领域，具体涉及一种超级电容器用分级多孔石墨烯材料的制备方法。背景技术：[0002]超级电容器，又叫双电层电容器或电化学电容器。它主要由集流体负载活性材料构成的电极、置于两个电极间的隔膜和电解液组成。当前超级电容器的电极材料主要是比表面积较大的碳基材料，包括，活性炭、炭气凝胶和碳纳米管等。但是，上述碳基材料由于生产过程复杂，成本高或者由于其比容值不理想，从而限制了其在超级电容器上的应用。[0003]石墨烯是一种二维单原子层厚的新型碳纳米材料，由于其较高电导率和优异的电化学性能，自从2004年被发现以来在储能材料领域受到了人们的青睐（Science,306(2004)666）。现有制备石墨烯的方法包括：机械剥离法、化学剥离法、化学合成法和催化生长法等。其中，化学剥离法是在强酸和强氧化的条件下，将石墨氧化并分散后得到层状氧化石墨烯，再通过在高温加热或者微波加热等过程将其还原得到石墨烯。上述方法所得石墨烯的孔结构参数不理想，制约了其在超级电容器上的应用。Ruoff等（Science,332(2011)1537）对氧化石墨烯首先进行微波处理，再与强碱混合后进行过滤和干燥，最后进行高温活化制得具有超大比表面积（3100m2/g）和高电导率的微孔石墨烯材料。然而，将该石墨烯作为电极材料组装成超级电容器，其比容仅为166F/g，远