[发明专利]多孔石墨烯、石墨烯/多孔金属复合材料以及它们的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于石墨烯复合材料技术领域，具体涉及一种多孔石墨烯、石墨烯/多孔金属复合材料以及它们的制备方法。

在本发明中，通过一种新颖的方法制备三维多孔金属膜，并将其作为基底，通过气相沉积的方法得到高质量的，层数可调的石墨烯/多孔金属复合材料。本发明还涉及到溶碳量不同的多元金属基底制备的多孔金属膜，运用动力学原理，选择合适的反应温度和时间得到层数可调的石墨烯/多孔金属复合材料。

技术背景

石墨烯自被成功分离，就因其优异的物理特性引起科学界的广泛兴趣。作为世界上导电性最好的材料，石墨烯中的电子运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的传导速度。根据其优异的导电性，使它在微电子领域也具有巨大的应用潜力。另外石墨烯材料还是一种优良的改性剂，把石墨烯作为导电材料与各种物质复合，应用到新能源领域如光伏，储能领域如锂离子电池和超级电容器，散热、导电等领域中。由于其高传导性、高比表面积，可适用于作为电极材料助剂。目前，石墨烯的研究和制备大多集中在低维石墨烯，尤其是二维薄膜石墨烯薄膜方面，对三维石墨烯的研究上需要进一步的探索。而三维多孔石墨烯及其复合材料的制备更是由于受制于多孔基底的限制，孔径无法调整，制备工艺复杂，孔隙率低。如何制备孔径可调，工艺简单高质量的三维多孔石墨烯及三维石墨烯复合材料成为了急需要解决的问题。本发明得到的产物能应用于储能，光伏，散热等诸多领域，具有广阔的发展前景。

发明内容

一方面，本发明提供一种石墨烯/多孔金属复合材料的制备方法，所述方法包括：

将金属粉体和/或金属氧化物粉体共混，形成混合均匀的粉体后进行成型，在还原气氛下进行高温还原，形成三维多孔金属基底；

采用化学气相沉积法在所述三维多孔金属基底上生长石墨烯，获得石墨烯/多孔金属复合材料。

在优选实施方式中，所述石墨烯/多孔金属复合材料的制备方法还包括：将金属粉体及其氧化物粉体进行研磨混合。

在优选实施方式中，所述石墨烯/多孔金属复合材料的制备方法还包括：在混合均匀的粉体中加入粘结剂，通过成型方法得到多孔基底。

在本发明的实施方式中，所述金属粉体是选自lr、Pt、Mo、W、Zn、Nb、Ta、Ru、Ti、Zr、Pd、Fe、Co、Ni、Cu、V、Rh及其它们组合。所述金属粉体的氧化物选自上述金属粉体的氧化物。

在本发明的实施方式中，所述成型方法包括：机械压片法，刮涂法，旋涂法以及它们的组合。

在本发明的实施方式中，所述高温还原是在高温炉中进行，高温炉的温度在400-1500℃之间，还原反应时间在0.1小时-20小时之间。

在本发明的实施方式中，所述化学气相沉积法所采用的碳源包括：甲烷、乙烯、乙炔、乙醇、乙烷、丙烷以及它们的混合气；采用的保护气包括：氮气、氩气、氦气以及它们的混合气；以及采用的还原气体为氢气。

在优选的实施方式中，所述化学气相沉积法包括：

程序升温，升温速率在0.5-20℃/分钟，加热至反应温度700-1500℃，恒温1-240分钟；

导入碳源、氢气和保护气，气体流量为1-800sccm，反应时间1-480分钟；

反应完毕后控制降温速率为10-50℃/分钟，冷却至室温。

另一方面，本发明提供上述制备方法制得的石墨烯/多孔金属复合材料。

又一方面，本发明提供一种多孔石墨烯的制备方法，所述方法包括：

将金属粉体和/或金属氧化物粉体共混，形成混合均匀的粉体后进行成型，在还原气氛下进行高温还原，形成三维多孔金属基底；

采用化学气相沉积法在所述三维多孔金属基底上生长石墨烯，获得石墨烯/多孔金属复合材料；

在有机物的保护下，将石墨烯/多孔金属复合材料放入刻蚀液中去除多孔金属基底，获得三维多孔石墨烯。

在优选实施方式中，所述多孔石墨烯的制备方法还包括：将金属粉体及其氧化物粉体进行研磨混合。

在优选实施方式中，所述多孔石墨烯的制备方法还包括：在混合均匀的粉体中加入粘结剂，通过成型方法得到多孔基底。

在本发明的实施方式中，所述金属粉体是选自lr、Pt、Mo、W、Zn、Nb、Ta、Ru、Ti、Zr、Pd、Fe、Co、Ni、Cu、V、Rh及其它们组合。所述金属粉体的氧化物选自上述金属粉体的氧化物。

在本发明的实施方式中，所述成型方法包括：机械压片法，刮涂法，旋涂法以及它们的组合。