[发明专利]一种三维石墨烯宏观体及其制备方法

说明书

本发明提供了一种三维石墨烯宏观材料及其制备方法，包括以下步骤：S1)将氧化石墨烯与还原剂混合反应，得到部分还原的氧化石墨烯；S2)将所述部分还原的氧化石墨烯进行磺酸化反应，得到磺酸化的氧化石墨烯；S3)将所述磺酸化的氧化石墨烯与还原剂混合反应，得到磺酸化石墨烯；S4)将所述磺酸化石墨烯与多羟基的化合物混合进行水热反应，得到三维石墨烯宏观材料。与现有技术相比，本发明通过对氧化石墨烯片层不同位置即表面和边缘的官能团进行调控，使得其对交联剂的交联作用具有选择性，从而诱导石墨烯片层在3D宏观体的构建中呈现取向性，并且不会被后续冷冻干燥过程中的冰晶生长所影响，最终制得有序的层状结构三维石墨烯宏观体。

技术领域

本发明属于石墨烯技术领域，尤其涉及一种三维石墨烯宏观体的制备方法。

背景技术

石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。自2004年被发现以来，这种独特的材料因其多种优异性能受到广泛关注。得益于良好的机械、电学特性，基于二维石墨烯材料构建的三维宏观材料，也具有广泛的应用前景。

目前石墨烯三维宏观材料的制备方法主要分为模板法和自组装法两大类，其中模板法以化学气相沉积法(CVD)为主，所制得的石墨烯三维宏观体表面往往呈强疏水性，在应用上十分受限，尤其是面对含水环境中的材料浸润性则成为一个大难题；其次，CVD法难以大规模制备石墨烯三维宏观材料，从制备成本上来看也十分高。相对而言，基于氧化石墨烯(GO)为前驱体的自组装法更易于宏量制备且成本较低。但现有基于自主装过程得到的三维宏观体，其内部均为无序连接的网络结构，不管是宏观体内的石墨烯基体还是空间通道都无法进行定向传质或传输。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种三维石墨烯宏观体及其制备方法，该方法制备的三维石墨烯宏观体为层状结构。

本发明提供了一种三维石墨烯宏观体的制备方法，包括以下步骤：

S1)将氧化石墨烯与还原剂混合反应，得到部分还原的氧化石墨烯；

S2)将所述部分还原的氧化石墨烯进行磺酸化反应，得到磺酸化的氧化石墨烯；

S3)将所述磺酸化的氧化石墨烯与还原剂混合反应，得到磺酸化石墨烯；

S4)将所述磺酸化石墨烯与多羟基的化合物混合进行水热反应，然后冷冻干燥后，得到三维石墨烯宏观体。

优选的，所述步骤S1)中的还原剂为硼氢化钠、抗坏血酸与硫化钠中的一种或多种；所述氧化石墨烯与还原剂的质量比为1：(6～10)。

优选的，所述步骤S1)中部分还原的氧化石墨烯的碳氧比为0.9～1.2。

优选的，所述步骤S2)中的磺酸化反应具体为：

将对氨基苯磺酸、亚硝酸钠与盐酸混合以250:97:1的质量比，在冰浴中进行反应2h，得到偶氮盐；

将所述偶氮盐与部分还原的氧化石墨烯混合反应，得到磺酸化的氧化石墨烯。

优选的，所述对氨基苯磺酸与部分还原的氧化石墨烯质量比为5:3。

优选的，所述步骤S4)中的多羟基的化合物为聚乙烯醇、海藻酸钠与葡萄糖中的一种或多种。

优选的，所述步骤S4)中磺酸化石墨烯与多羟基的化合物的质量比为1：(0.25～1)。

优选的，所述步骤S4)具体为：

将所述磺酸化石墨烯与水混合，得到磺酸化石墨烯溶液；所述磺酸化石墨烯溶液中磺酸化石墨烯的浓度为3～9mg/ml；

将多羟基的化合物与水混合，得到多羟基的化合物溶液；