[发明专利]一种自支撑还原氧化石墨烯卷网络材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种自支撑还原氧化石墨烯卷网络材料及其制备方法，属于纳米材料研究领域。其制备方法：配置氧化石墨烯分散液和添加剂的混合溶液；将混合溶液冷冻干燥，得到未还原的氧化石墨烯卷网络材料；将未还原的氧化石墨烯卷网络材料置于保护气体氛围以预定温度处理预定时间，得到自支撑的部分还原或完全还原的氧化石墨烯卷网络材料；将自支撑的部分还原或完全还原的氧化石墨烯卷网络材料进行预定程度的重复清洗后，进行冷冻干燥处理；得到含有低添加剂含量的自支撑还原氧化石墨烯卷网络材料。其方法具有简单易行、成本低、可大规模工业化制备等优点。制备的石墨烯卷材料，其具有完全自支撑结构，且具有不同的卷直径，应用范围广泛。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，特别涉及一种自支撑还原氧化石墨烯卷网络材料及其制备方法。

背景技术

石墨烯卷是由石墨烯卷曲形成的类似于径向未封闭的碳纳米管的一维结构。这种介于石墨烯和碳纳米管的材料不仅具有高电子迁移率和高机械强度，还具有不同于两者的独特的优异的电学和力学性能。这种结构不仅避免了石墨烯片层容易堆叠团聚的问题，保持其较大的比表面积，而且相对于具有封闭结构的碳纳米管，石墨烯卷其片层的卷曲结构使其更容易填充复合其他材料，在超级电容器，锂电池方面等能源方面具有广泛的应用价值。以往的石墨烯卷制备，包括电弧放电、高能球磨，化学法；前两种由于难以控制产物中含有大量的石墨和无定型碳，使得石墨烯卷难以分离。化学法中通过采用部分还原氧化石墨烯，然后进行冷冻干燥使之形成卷状结构。以上方法得到的样品一般是分散的石墨烯卷粉末，不能形成自支撑的结构，同时上述方法不能制备出氧化石墨烯卷，制备的石墨烯卷的卷直径一般在1000nm以下，其成分、结构、尺度范围都受到限制，大大影响了其应用领域。

因此，如何设计一种简单易行、成本低的制备具有自支撑结构的石墨烯卷网络材料意义重大。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种自支撑还原氧化石墨烯卷网络材料的制备方法，以解决目前制备的石墨烯卷的只能是还原状态，应用范围有限，并且石墨烯卷呈粉末状，石墨烯卷直径大小有限等问题。其具有简单易行、成本低、可大规模工业化制备等优点。本发明的另一个目的是提供一种自支撑还原氧化石墨烯卷网络材料，其具有完全自支撑结构，且具有不同的卷直径，应用范围广泛。

特别地，本发明提供的一种自支撑还原氧化石墨烯卷网络材料，由前所述的制备方法制成，自支撑还原氧化石墨烯卷网络材料由单层至若干层还原氧化石墨烯片相互连接并卷绕成还原氧化石墨烯卷，所述还原氧化石墨烯卷之间相互交叠搭接成自支撑三维多孔网络结构；所述自支撑还原氧化石墨烯卷网络材料含有添加剂，具有一定的形状和柔性，能够被加工或者切割成任意形状。

进一步地，所述还原氧化石墨烯卷可具有不同的还原程度，所述还原氧化石墨烯卷的构成元素为碳、氢和氧，碳与氧的质量比可以调控；

可选地，所述还原氧化石墨烯卷可以是未还原的氧化石墨烯卷；

可选地，所述还原氧化石墨烯卷可以是部分还原的还原氧化石墨烯卷；

可选地，所述还原氧化石墨烯卷可以是完全还原的还原氧化石墨烯卷，氧元素的含量≤1％。

进一步地，所述还原氧化石墨烯卷网络材料的孔隙率可调，优选为10-99％。

进一步地，所述自支撑还原氧化石墨烯卷网络材料的密度可调，优选地为小于10mg/cm³。所述还原氧化石墨烯卷网络材料的直径可调，优选为 1nm-10μm。

进一步地，所述还原氧化石墨烯卷网络材料的长径比可调；

优选地，所述长径比大于5；

其中，L为石墨烯卷网络两节点之间的卷的长度，d为石墨烯卷的直径。

本发明还提供了一种自支撑还原氧化石墨烯卷网络材料的制备方法，包括以下步骤：