[发明专利]一种三维多孔石墨烯、其制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及电极材料技术领域，尤其涉及一种三维多孔石墨烯、其制备方法及其应用。

背景技术

超级电容器是一种新型储能原件，由于其具有充放电速度快、功率密度高、寿命长、免维护以及环境友好等特点，受到国内外科学家的广泛关注。电极材料的性质是影响超级电容器性能的关键因素。如何提高电容器的电容值和能量密度是人们研究的重点，因此开发具有优异性能的电极材料是超级电容器研究的核心问题。

超级电容器的优异电极材料既要求高的导电性，也要求高的电荷存储能力。金属氧化物和导电聚合物为代表的法拉第赝电容电极材料有着来源于表面电化学反应的优秀电容性能，但其导电性相对较差，且部分材料成本高昂，循环稳定性也不高，上述因素严重制约了金属氧化物和导电聚合物在超级电容器中的推广应用。目前应用广泛的超级电容器材料主要集中在碳材料上。碳材料具有较好的导电性，稳定性，成本低廉以及良好的电荷吸附能量。

石墨烯理论上具有高比表面积以及优良的导电性，因此被认为是一种理想的可应用于超级电容器电极的碳材料。然而由于还原之后石墨烯片层之间的范德华力使其重新堆叠，或者解离不够完全，不利于其电容性能；同时，超级电容器除了要求电极材料有巨大的比表面积和良好的导电性外，还对其孔径分布有要求。

聚氨酯海绵的特征是具有连续多孔的结构，具有耐酸碱腐蚀，气孔均匀，且可切割成任意形状大小的优点。由此，本申请提供了一种三维多孔石墨烯的制备方法。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种三维多孔石墨烯的制备方法，本申请制备的三维多孔石墨烯作为超级电容器的电极材料具有优异的电化学性能。

有鉴于此，本申请提供了一种三维多孔石墨烯的制备方法，包括以下步骤：

A)，将氧化石墨烯、碱性物质与水混合，得到复合分散液；

B)，将聚氨酯海绵浸入所述复合分散液中，将得到的聚氨酯海绵取出后干燥，然后煅烧，得到三维多孔石墨烯。

优选的，所述碱性物质选自氢氧化钾和氢氧化钠中的一种或两种。

优选的，所述复合分散液中，所述氧化石墨烯的浓度为0.1～10毫克/毫升，所述碱性物质的浓度为1～50毫克/毫升。

优选的，所述氧化石墨烯与所述碱性物质的质量比为50:1～1:50。

优选的，所述煅烧之后还包括：

将煅烧后的产物清洗后干燥。

优选的，所述煅烧在保护性气氛下进行，所述煅烧的温度为600～1000℃，所述煅烧的时间为30～600min。

优选的，所述煅烧的升温速度为1～20℃/min。

本申请还提供了一种上述方案所述的制备方法所制备的三维多孔石墨烯。

本申请还提供了一种上述方案所述的制备方法所制备的或上述方案所述的三维多孔石墨烯可作为超级电容器电极材料进行应用。

本申请提供了一种三维多孔石墨烯的制备方法，具体为：首先将氧化石墨烯、碱性物质与水混合，得到复合分散液；再将聚氨酯海绵浸入复合分散液中，使氧化石墨烯与碱性物质负载在聚氨酯海绵上，得到复合体系；最后将复合体系进行煅烧，得到三维多孔石墨烯。在制备三维多孔石墨烯的过程中，本申请通过碱性物质的活化处理使石墨烯的表面充满了孔洞，并且其和聚氨酯海绵模板协同作用，得到了高比表面积、高孔隙率的石墨烯；同时聚氨酯海绵作为模版，为石墨烯提供了一种三维交织的结构，提高了产物的堆叠密度。

由于本身请制备的石墨烯材料具有三维的分级多孔结构，其较大的孔隙提供了离子穿梭的通道，大量的微孔以及介孔提供了充沛的电荷吸附空间，因此本申请制备的石墨烯作为电极材料具有较好的电化学性能。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的三维石墨烯的电镜照片；

图2为本发明实施例3制备的三维多孔石墨烯的扫描电镜照片；

图3为本发明实施例3制备的三维多孔石墨烯作为有机电解液体系下超级电容器电极的循环性能曲线图；

图4为本发明实施例4制备的三维多孔石墨烯作为有机电解液体系下超级电容器电极的循环伏安性能图；

图5为本发明实施例4制备的三维多孔石墨烯作为有机电解液体系下超级电容器电极的倍率性能曲线图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明实施例公开了一种三维多孔石墨烯的制备方法，包括以下步骤：