[发明专利]一种石墨烯/多孔碳复合水凝胶、气凝胶及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯/多孔碳自组装复合材料以及其制备方法，并将制备的 复合材料应用于超级电容器，属于材料科学领域。

背景技术

多孔碳作为一种特殊的碳质材料，具有发达的孔隙、高比表面积、低密度、 高导热性、化学性质稳定、机械性质稳定、导电性好等优点，可以应用在很多 行业，例如食品加工、医药、化工、石油、矿山、核电、汽车、真空制造业、 溶液中有机物和无机金属离子的吸附、有毒气体的吸附、催化剂载体以及超级 电容器的电极材料等。然而目前多孔碳整体材料性能的仍有待提高，例如有效 的比表面积、孔径分布、导电性等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯/多孔碳复合材料及其制备方法。为了 能够充分利用石墨烯提高多孔碳的性能，本发明利用生物质基多孔碳为原料， 通过自组装的方法，制备石墨烯/多孔碳复合材料材料，并将制备的多孔碳用 做超级电容的电极材料，实现石墨烯和多孔碳材料的有效结合。

本发明采用的技术方案如下：

一种石墨烯/多孔碳复合水凝胶的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备氧化石墨烯水分散液；

(2)将多孔碳材料进行研磨，加入到氧化石墨烯水分散液中，超声分散；

(3)将氧化石墨烯和多孔碳材料的混合分散液进行还原、浸泡洗涤，得 到石墨烯/多孔碳复合水凝胶。

步骤(1)所述的氧化石墨烯水分散液的浓度为1～3mg/ml。

步骤(2)所述多孔碳材料和氧化石墨烯的质量比为1～10。

步骤(2)所述多孔碳材料可以是生物制基多孔碳材料，也可以是其他任 何方法制备的多孔碳材料，优选灵芝药渣基多孔碳或玉米芯等生物质基多孔碳 材料。

步骤(2)所述多孔碳材料的研磨方法是球磨或者用研钵研磨。

步骤(2)所述超声分散用超声波清洗器或者细胞破碎仪超声分散，超声 波清洗器的参数条件为：80～100W超声1～4h；细胞破碎仪的参数条件为 400～600W超声5～30min。

步骤(3)所述还原为抗坏血酸还原、水合肼还原或者热还原。

步骤(1)所述氧化石墨烯经过Hummers或改进的Hummers法制备得到。

一种石墨烯/多孔碳复合气凝胶的制备方法，将上述制备的水凝胶干燥后， 得到复合气凝胶。

所述干燥的方式为冷冻干燥，或是溶剂交换后利用超临界二氧化碳干燥。

所述的石墨烯/多孔碳复合气凝胶用于制备超级电容器的电极材料或用于 吸附或催化。

本发明相对于现有的技术，有以下优点：

(1)本发明以生物制基多孔碳为原料，来源丰富，价格低。

(2)本发明通过自组装的方法将2D石墨烯与三维的多孔碳材料复合， 可以实现多孔碳整体材料性能的大幅提高，如导电性、有效的比表面积、孔径 分布等。

(3)处理过程简单灵活，制备的石墨烯/多孔碳复合材料性能优异，应用 广泛，多孔碳材料能够用作超级电容器的电极，内阻小，容量大，稳定性好。

附图说明

图1为实施例1制备的石墨烯/多孔碳复合水凝胶的实物图。

图2为实施例1备备的石墨烯/多孔碳复合物的SEM图。

图3为实施例2制备的石墨烯/多孔碳复合物的SEM图。

图4为实施例2制备的灵芝药渣多孔碳材料的循环伏安曲线。

图5为实施例2制备的石墨烯/多孔碳复合材料的循环伏安曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述，但本发明的实施方 式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。

实施例1

1.将3g的灵芝药渣放入烧杯中，加入3g的KOH，再加入少量的水没过 灵芝药渣，浸泡8h。将其在烘箱内80℃干燥6h，将干燥好的残渣在氩气的氛 围内，750℃碳化1.5h，气体流速为0.5L/min，升温速率为5℃/min。将得到的 产物用2M的盐酸洗涤5次，再用水洗到中性，80℃下干燥12h，得到灵芝药 渣基多孔碳材料。并将其研磨备用。