[发明专利]枝晶状三维石墨烯及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及枝晶状三维石墨烯及其制备方法。

背景技术

石墨烯材料具有优异的导电性、导热性和超高强度等性能。目前大规模制备石墨烯材料主要有两种：一种是通过化学气相沉积或氧化还原法制备的薄膜状二维石墨烯；另一种是通过爆炸法或模板法制备的三维石墨烯。三维石墨烯相对二维石墨烯具有更大比表面积，有望在传感、催化等领域获得广泛应用。

目前的三维石墨烯均为具有多孔结构的泡沫状石墨烯，具有类似枝晶结构的石墨烯还未见报道。此外，三维石墨烯模板如泡沫纯铜、泡沫纯镍等微观结构尺寸目前都是微米级，而本石墨烯基于纳米级二元合金枝晶基底所得，利用纳米基底材料特殊的微观表面结构，调控并实现石墨烯的优异催化性能。一般来说，石墨烯没有明显的氧还原性能，只有掺氮后才有氧还原性能。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供枝晶状三维石墨烯的制备方法，该制备方法简单，可以简单快速获得可制备优异石墨烯的纳米尺度模板；本发明的另一目的在于提供该方法制备的枝晶状三维石墨烯，该石墨烯在不掺氮条件下即可获得良好的氧还原性能。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

枝晶状三维石墨烯的制备方法，包括如下步骤：

1）在CuSO₄、NiSO₄、H₂SO₄和添加剂的混合溶液中，以Cu片为工作电极在该混合溶液中沉积纳米Cu或CuNi簇，得到沉积产物；

2）将沉积产物放入超纯水中清洗多次后，滤出产物并冻干，得到冻干后的样品；

3）将冻干后的样品置于真空炉中，先在氢气氛围下进行还原处理，再在高温的氢气和甲烷混合气氛中进行石墨烯沉积处理，然后利用过硫酸铵溶液或三氯化铁溶液去除金属基底，即得到枝晶状三维石墨烯。

步骤1）中，所述的CuSO₄的浓度为0.1-0.3mol/L，NiSO₄浓度为0-2mol/L，H₂SO₄浓度为0.5-1.5mol/L，

添加剂为浓度为0-0.5mol/L的K₂SO₄或浓度为0-0.5mol/L的(NH₄)₂SO₄。

步骤1）中，所述的工作电极在0.25-1.00A/cm²电流密度条件下沉积20-60s。

步骤3）中，所述的还原处理是在气体流量比为Ar：H₂=8：1-4：1，温度为800-1000摄氏度的条件下加热10-30分钟。

所述的石墨烯沉积处理是在气体流量比为在Ar：H₂：CH₄=8：1：1-4：1：1，温度为800-1000摄氏度的条件下加热10-20分钟。

枝晶状三维石墨烯的制备方法制备的枝晶状三维石墨烯，该枝晶状三维石墨烯一端开合，其它端闭合；该枝晶状三维石墨烯的形态是在直径为200-500nm，长度为300-1000nm的一级管状石墨烯上生长了直径为50-300nm，长度为50-600nm的二级管状石墨烯；当在二级管状石墨烯上生长三级管状石墨烯时，该三级管状石墨烯直径为20-100nm，长度为20-100nm。

所述的枝晶状三维石墨烯为3~10层。

有益效果：与现有技术相比，本发明的枝晶状三维石墨烯的制备方法操作简单，采用其制备的三维石墨烯为枝晶状；此外，公开的三维石墨烯模板如泡沫纯铜、泡沫纯镍等目前都是微米尺度，而本石墨烯基于纳米二元合金枝晶基底所制的，获得不同的微观结构，从而能体现优异的催化性能；一般来说，石墨烯没有明显的氧还原性能，而本发明获得的枝晶结构石墨烯具有良好的氧还原性能，最大还原峰电位为-0.242V，初始还原电位为-0.143V。

附图说明

图1是枝晶状三维石墨烯形貌图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。