[发明专利]一种还原氧化石墨烯薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种还原氧化石墨烯薄膜及其制备方法和应用。本发明将氧化石墨烯的水分散液冷冻后冷冻干燥，得到氧化石墨烯气凝胶；再经压片后进行光照还原，得到还原氧化石墨烯薄膜。本发明采用氧化石墨烯的水分散液作为原材料，氧化石墨烯不仅具有与石墨烯性质相似的好的导热性能，而且具有大的比表面积和丰富的表面含氧基团，能够使其在冷冻干燥过程中形成稳定三维多孔材料；利用简单冷冻干燥法和光照还原法制备的大面积的还原氧化石墨烯薄膜，在太阳光照下，形成局域热效应，提高了太阳能利用效率和光热转化效率。

技术领域

本发明涉及功能材料技术领域，特别涉及一种还原氧化石墨烯薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

太阳能具有储量大和无污染的特点，作为一种自然资源，已经被认为是在将来最具有实用性和竞争力的资源之一，其高效的转换与利用一直是现代科技的研究热点。太阳能转化利用方法主要有光催化、太阳能光伏发电和太阳能光热转化。相比其他两种应用，光热(蒸汽)转化目前拥有最高的使用效率，在海水淡化，污水处理、分馏和灭菌等领域具有广阔的应用前景。然而传统的光热转化效率较低，因此，设计制备高效率、低成本的光热转化材料具有重要的研究价值。

金属纳米粒子表面能够形成局域等离子效应，这种效应导致近场效应的增强以及局域热效应，因此具有等离子体效应的纳米粒子已经被广泛应用在太阳能光热转化。在相对较高的太阳能辐射下，分散在水中具有等离子体效应的纳米粒子周围可以达到高于水沸点的温度，这就导致了太阳能蒸汽的产生。但是，这些产生蒸汽的方法都依赖于很高的光照强度，这就导致了能量的损耗。为了减小这种损耗，需要光热转化材料具有高的吸光性能、低的热导率、亲水性的表面以及多孔的结构。

石墨烯作为一种先进的碳材料，由于具有高的导热率、高强度、超大的比表面积和化学稳定性，成为国内外光热转化材料的研究热点，可以作为一种制备太阳能蒸汽的潜在材料。目前已经有通过CVD法合成的三维多孔石墨烯片用于光热转化的技术，但是这种制备方法的条件太苛刻，不能够大规模使用；水热合成石墨烯气凝胶制备的气凝胶面积较小，光热效应较差，也不能被大规模应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种还原氧化石墨烯薄膜及其制备方法和应用，本发明提供的制备方法简单，条件易于达到，便于大规模生产应用；制备得到的还原氧化石墨烯薄膜比表面积大，具有高的光热转化效率。

本发明提供了一种还原氧化石墨烯薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将氧化石墨烯的水分散液冷冻后冷冻干燥，得到氧化石墨烯气凝胶；

(2)将所述步骤(1)得到的氧化石墨烯气凝胶压片，得到氧化石墨烯薄膜；

(3)将所述步骤(2)得到的氧化石墨烯薄膜进行光照还原，得到还原氧化石墨烯薄膜。

优选的，所述步骤(1)氧化石墨烯的水分散液中氧化石墨烯的质量浓度为2～10g/L。

优选的，所述步骤(1)中冷冻前还包括：将氧化石墨烯的水分散液与氨水混合。

优选的，所述氨水的质量浓度为25～28％。

优选的，所述氨水与氧化石墨烯的水分散液的体积比为1:1000～10000。

优选的，所述步骤(2)中冷冻干燥的温度为-20～-70℃，冷冻干燥的时间为4～48h。

优选的，所述步骤(4)中光照的强度为800～10000W/m²，光照还原的相对湿度为30～70％，光照还原的时间为70～600s。

本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备的还原氧化石墨烯薄膜，比表面积为40～50m²/g。

优选的，所述还原氧化石墨烯薄膜的厚度为1～50mm。