[发明专利]高密度高硬度石墨烯多孔炭材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种石墨烯多孔炭材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、原始溶胶制备：将石墨烯基组分、或石墨烯基组分与辅助组分的混合物加入溶剂中分散得到制备所述石墨烯多孔炭材料的原始溶胶；

步骤二、石墨烯基凝胶制备：将步骤一制备的原始溶胶置于反应容器升温至20～500℃，反应0.1～100h，制备得到石墨烯基凝胶；

步骤三、干燥处理：将石墨烯基凝胶在0～200℃下干燥后，得到石墨烯多孔炭材料。

2.根据权利要求1所述的石墨烯多孔炭材料的制备方法，其特征在于：还包括以下步骤：

步骤四：将步骤三所得到的材料在缺氧的气氛下升温至100～3600℃热处理0.1～100h，或/和在200～2000℃采用活化反应的方法反应0.1～50h。

3.根据权利要求1所述的石墨烯多孔炭材料的制备方法，其特征在于：步骤一所述的石墨烯基组分为石墨、氧化石墨、氧化石墨烯、石墨烯中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的石墨烯多孔炭材料的制备方法，其特征在于：步骤一所述的辅助组分为碳纳米管、炭黑、石墨或聚乙烯醇、蔗糖、葡萄糖中的至少一种，其添加含量低于98%，优选添加含量低于30%。

5.根据权利要求1所述的石墨烯多孔炭材料的制备方法，其特征在于：步骤一所述溶剂为水、乙醇、甲醇、二甲基甲酰胺、乙二醇、甲基吡咯烷酮中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的石墨烯多孔炭材料的制备方法，其特征在于：步骤一所述的分散方法为机械搅拌、磁力搅拌、超声分散、球磨分散、高能处理法分散中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的石墨烯多孔炭材料的制备方法，其特征在于：在步骤二中，将所述的步骤一制备的原始溶胶的pH值调节至8以下。

8.根据权利要求1所述的石墨烯多孔炭材料的制备方法，其特征在于：步骤二所述加热方式为电加热、微波加热、红外加热、电磁加热中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的石墨烯多孔炭材料的制备方法，其特征在于：步骤二所述加热温度为100～200 ℃，反应时间为1～20 h。

10.根据权利要求2所述的石墨烯多孔炭材料的制备方法，其特征在于：步骤四所述缺氧气氛的实现方式为抽真空和/或通惰性气体和/或通还原性气体，所述惰性气体为氮气、氩气、氦气中的一种或两种、或两种以上的混合物，所述还原性气体为氨气、氢气、一氧化碳中的一种或两种、或两种以上的混合物。

11. 根据权利要求2所述的石墨烯多孔炭材料的制备方法，其特征在于：步骤四所述热处理温度为300～2400 ℃，处理时间为2～10h。

12. 根据权利要求2所述的石墨烯多孔炭材料的制备方法，其特征在于：步骤四所述的活化反应的方式为化学活化和/或物理活化。

13. 根据权利要求12所述的石墨烯多孔炭材料的制备方法，其特征在于：所述的化学活化方式为固相活化、液相活化中的至少一种。

14. 根据权利要求12所述的石墨烯多孔炭材料的制备方法，其特征在于：步骤四所述活化反应温度为600～900 ℃，活化反应时间为0.5～8h。

15. 一种如权利要求1所述的方法制备的石墨烯多孔炭材料，其基本组成单元为石墨烯，其特征在于：所述多孔炭材料具有由石墨烯片层搭接形成的网络结构，所述石墨烯多孔炭材料的密度为0.3～4.0 g/cm³，硬度H为0.01～6.0 GPa，比表面积为5～3000 m²/g，孔容为0.1～2.0 cm³/g。

16. 根据权利要求15所述的石墨烯多孔炭材料，其特征在于：所述多孔材料的孔壁厚度在0.335~3350 nm范围内。

17. 根据权利要求15所述的石墨烯多孔炭材料，其特征在于：所述密度为0.8～2.2 g/cm³。

18.根据权利要求15所述的石墨烯多孔炭材料，其特征在于：所述的硬度H为0.05～3.0 GPa，弹性模量E为0.5～40 GPa。