[发明专利]一种石墨烯的表面改性处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯材料领域，尤其涉及一种石墨烯的表面改性处理方法。

背景技术

英国曼彻斯特大学的安德烈·K·海姆(Andre K.Geim)等在2004年制备出石墨烯材料，由于其独特的结构和光电性质受到了人们广泛的重视。单层石墨由于其大的比表面积，优良的导电、导热性能和低的热膨胀系数而被认为是理想的材料。如：1，高强度，杨氏摩尔量，(1,100GPa)，断裂强度：(125GPa)；2，高热导率，(5,000W/mK)；3，高导电性、载流子传输率，(200,000cm²/V*s)；4，高的比表面积，(理论计算值：2,630m²/g)。尤其是其高导电性质，大的比表面性质和其单分子层二维的纳米尺度的结构性质，可在超级电容器和锂离子电池中用作电极材料。到目前为止，所知道的制备石墨烯的方法有多种，如：(1)微机械剥离法，这种方法只能产生数量极为有限石墨烯片，可作为基础研究；(2)超高真空石墨烯外延生长法，这种方法的高成本以及小圆片的结构限制了其应用；(3)化学气相沉积法(CVD)，此方法可以满足规模化制备高质量石墨烯的要求，但成本较高，工艺复杂；(4)溶剂剥离法，此方法缺点是产率很低，限制它的商业应用。

石墨烯材料应用于超级电容器有其独特的优势。石墨烯是完全离散的单层石墨材料，其整个表面可以形成双电层；如果其表面可以完全释放，将获得远高于多孔炭的比电容。碳电极材料的比容量不仅和比表面积有关，还与碳材料的孔径分布和表面化学性质有关；因此，通过对石墨烯材料的表面改性，以增加电极材料与电解液的润湿性，进而提高材料的比电容是目前研究的热点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯的表面改性处理方法，通过表面改性的石墨烯材料具有较好的润湿性和比电容。

本发明的技术方案如下：

一种石墨烯的表面改性处理方法，包括如下步骤：

S1、将氧化石墨置于煅烧装置中快速升温至550～1000℃下保温煅烧1～10h，制得石墨烯；

S2、将所述石墨烯浸入含有表面活性剂的水溶液中，充分搅拌，获得石墨烯混合溶液，然后过滤石墨烯混合溶液，并将滤物洗涤、干燥处理后，获得表面改性的所述石墨烯。

上述石墨烯的表面改性处理方法的步骤S1中，所述石墨烯的保温煅烧过程是在非氧化性气氛中进行的；所述非氧化性气氛由氢气、氮气及氩气中的至少一种气体构成。

上述石墨烯的表面改性处理方法的步骤S2中，所述表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠、十六烷基硫酸钠、季铵盐化合物及乙二醇中的至少一种。

上述石墨烯的表面改性处理方法的步骤S2中，所述石墨烯与表面活性剂的质量比为10～20∶1。

上述石墨烯的表面改性处理方法的步骤S2中，所述干燥处理是在80～120℃下真空环境中进行的。

上述石墨烯的表面改性处理方法，所述氧化石墨是采用如下步骤制得：

S11、将质量比为2∶1∶1的石墨粉、过硫酸钾和五氧化二磷加入80℃的浓硫酸中，搅拌均匀，冷却6h以上，洗涤至中性，干燥，获得粉末样品；

S12、将干燥后的粉末样品加入0℃的浓硫酸中，随后加入高锰酸钾(其中，石墨粉与高锰酸钾的质量比为1∶3)，于0～20℃下保温混合，然后在35℃的油浴中保持2h后，缓慢依次加入含有去离子水、双氧水溶液(其中，双氧水的质量百分比浓度为30％)，获得混合溶液；

S13、将步骤S12中的混合溶液抽滤处理，随后将滤物再用酸溶液(如，质量百分比浓度为10％的盐酸溶液)进行洗涤，然后抽滤、真空干燥，即得到所述氧化石墨。

本发明提供的石墨烯的表面改性处理方法，通过石墨烯对表面活性剂的吸附，使得石墨烯材料对有机电解液的亲油性得到提高，有利于石墨烯表面对有机电解液的润湿，从而大大提高石墨烯材料的比电容，从而使得应用该石墨烯的超级电容器的容量得到提高。

附图说明

图1为本发明石墨烯的表面改性处理工艺流程图；

图2为实施例1中制得表面改性处理的石墨烯与未进行表面改性处理的石墨烯被应用到超级电容器中的恒流充放电曲线图。

具体实施方式

一种石墨烯的表面改性处理方法，如图1所示，包括如下步骤：

S1、非氧化性气氛(如，氢气、氮气及氩气中的至少一种气体构成)下，将氧化石墨置入煅烧装置(如，马弗炉)中，快速升温至550～1000℃下，保温煅烧1～10h，制得石墨烯；