多孔石墨烯的制备方法及石墨烯基铝-空气电池的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103387229A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103387229103387229A(43)申请公布日2013.11.13(21)申请号201310309813.4(22)申请日2013.07.23(71)申请人哈尔滨工业大学地址150000黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号(72)发明人周育红刘臣娟(51)Int.Cl.C01B31/04(2006.01)H01M4/88(2006.01)H01M12/06(2006.01)B01J21/18(2006.01)权权利要求书2页利要求书2页说明书8页说明书8页附图9页附图9页(54)发明名称多孔石墨烯的制备方法及石墨烯基铝-空气电池的制备方法(57)摘要多孔石墨烯的制备方法及石墨烯基铝-空气电池的制备方法，属于材料合成及应用领域。所述多孔石墨烯按照如下步骤进行制备：以氧化石墨为前驱体，在马弗炉中对其进行高温热处理，然后分散在乙醇里，超声波处理制备石墨烯催化剂。所述石墨烯基铝-空气电池的制备方法包括空气电极扩散层的制备、石墨烯催化层的制备、空气电极的组装三步骤。本发明当中，在将石墨烯运用到铝-空气电池之后，其恒流放电电压平台比钙钛矿、二氧化锰等催化剂的要高，电池的稳定性也明显提高。另一方面，石墨烯的制备方法简单，性能优异，因此能大量生产，降低催化剂的制作成本，提高电池的催化效果。CN103387229ACN1038729ACN103387229A权利要求书1/2页1.多孔石墨烯的制备方法，其特征在于所述多孔石墨烯按照如下步骤进行制备：以氧化石墨为前驱体，在马弗炉中对其进行高温热处理，然后分散在乙醇里，超声浴中处理20-120min，得到黑色悬浮液，乙醇洗涤过滤数次后，20-80℃真空干燥12-48h得到石墨烯催化剂。2.根据权利要求1所述的多孔石墨烯的制备方法，其特征在于高温热处理方式为快速热膨胀法或聚苯胺修饰法。3.根据权利要求2所述的多孔石墨烯的制备方法，其特征在于所述快速热膨胀法制备多孔石墨烯的步骤如下：先将50-500mg氧化石墨研磨成粉末状，放入除氧处理后的反应装置中，然后加入到预热为800-1500℃的马弗炉中，快速膨胀30s得到可剥离石墨；向得到可剥离石墨中加入50-500mL无水乙醇，超声浴中处理20-120min，得到黑色悬浮液，乙醇洗涤过滤数次后，20-60℃真空干燥12-48h，得到石墨烯的粉体。4.根据权利要求2所述的多孔石墨烯的制备方法，其特征在于所述聚苯胺修饰法制备多孔石墨烯的步骤如下：（1）取50-500mg氧化石墨细粉，在50-1000mL的蒸馏水中超声20-120min；（2）加入浓盐酸，使其配置成0.1-5mol/L的溶液；（3）搅拌20-120min后向溶液中滴加50-200mg的苯胺单体，继续搅拌30min；（4）然后称量0.1-0.5g的(NH4)S2O8融入5-50mL、0.1-5mol/L的HCl中，滴加到步骤（3）的混合物中，室温搅拌12-48h；（5）用大量蒸馏水洗涤，过滤，20-80℃真空烘干得到PANI-GO粉体；（6）将干燥好的PANI-GO研磨成粉末状，加入到预热为600-1500℃的马弗炉中，快速膨胀10-60s得到可剥离PANI-石墨；（7）向得到可剥离石墨中加入50-500mL无水乙醇，超声浴中处理20-120min，得到黑色悬浮液，乙醇洗涤过滤数次后，20-80℃真空干燥12-48h，得到PANI-GNS的粉体。5.根据权利要求1、2、3或4所述的多孔石墨烯的制备方法，其特征在于所述氧化石墨采用Hummer’s方法进行制备。6.根据权利要求5所述的多孔石墨烯的制备方法，其特征在于所述Hummer’s方法步骤如下：（1）向50-250mL圆底烧瓶中，加入12-48mL浓硫酸，用电子天平称取过硫酸钾和五氧化二磷各1.0-5g，快速加入到烧瓶中，油浴40-180℃下搅拌回流；（2）待其溶解后，向混合物中缓慢加入1.0-5g石墨粉，继续匀速搅拌反应加热2-10h，待反应完毕，将圆底烧瓶从油浴锅里面提起，自然冷却至室温后，将反应物倒入到1-2L大烧杯中，缓慢加入200-2000mL水稀释，放在通风橱里静置12-48h；（3）待混合物明显分层后，将上层清液倒掉，用布氏漏斗抽滤，并用大量蒸馏水洗涤至中性，再将产物转移到培养皿中，在通风柜里放置12-48h，自然晾干，得到处理过的石墨；（4）将处理过的石墨，放入50-200g浓硫酸中在冰浴中搅拌均匀，缓慢加入8-30gKMnO4后在冰浴中搅拌1-10h；（5）放入35±3℃的油浴锅中，搅拌20-120min，然后将100-300mL蒸馏水缓慢滴加到上述混合物中；2CN103387229A权利要求书2