[发明专利]一种电化学阳极剥离石墨箔片制备三维石墨烯的方法

说明书

本发明公开了一种电化学阳极剥离石墨箔片制备三维石墨烯的方法，其特征是，包括如下步骤：1）备料；2）配制电剥离液；3）组装电剥离装置；4）电剥离；5）过滤、洗涤；6）超声分散；7）冷冻干燥。这种方法的优点是制备原料简单易得、操作容易、成本低、工艺过程简单、步骤少、生产周期短、生产出的产品的结构和电化学性能优异、适宜于工业生产。

技术领域

本发明涉及石墨烯技术，具体是一种电化学阳极剥离石墨箔片制备三维石墨烯的方法。

背景技术

石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状新材料，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。石墨烯既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍，同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20％，它是目前自然界最薄、强度最高的材料，如果用一块面积1m²的石墨烯做成吊床，本身重量不足1mg便可以承受一只1kg的猫。石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机，用石墨烯取代硅，计算机处理器的运行速度将会快数百倍，另外，石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3％的光；另一方面，它非常致密，即使是最小的气体原子(氦原子)也无法穿透。这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料，如透明的触摸显示屏、发光板、储能材料和太阳能电池板。

石墨烯作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，其被称为“黑金”，是“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪，极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。

目前，制备三维石墨烯的主要方法有：

(1)电化学沉积：电化学沉积是广为人知绿色制备方法，该方法在水分散液中将氧化石墨烯进行电化学还原制备三维石墨烯薄膜，但是该法制备的三维石墨烯产量较少，不适合大量制备三维石墨烯；

(2)模板法：该法以氧化石墨烯为原料，通过静电作用或分子间作用力，形成包覆模板的氧化石墨烯，将氧化石墨烯还原成石墨烯后除去模板可制备三维石墨烯，该法最大的优势是孔径可以调控，即可以通过改变模板制备不同孔径的三维石墨烯，但是该法制备程序多，过程复杂，耗时长；

(3)化学气相沉积(CVD)：该法以甲烷等含碳化合物为碳源，在高温下将碳源裂解生成碳原子并渗入到金属基体内，降低温度后，碳原子会从金属基体内析出，进而生成石墨烯，但是，CVD法成本高、过程复杂、在一定程度上限制了三维石墨烯的进一步发展，而且CVD法需要特定的多孔金属材料作为基底，这会大大增加其成本。

上述这些方法存在一系列的缺点，如：制备出来石墨烯缺陷度高、制备过程复杂、成本高、耗时长、不易操作等。

目前为止，三维石墨烯的制备还处于初步阶段，由于三维石墨烯具有较大的比表面积且导电性较好，故三维石墨烯将会被广泛的应用于储能器件的电极材料中。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种电化学阳极剥离石墨箔片制备三维石墨烯的方法。这种方法的优点是制备原料简单易得、操作容易、成本低、工艺过程简单、步骤少、生产周期短、生产出的产品的结构和电化学性能优异、适宜于工业生产。

实现本发明目的技术方案是：

一种电化学阳极剥离石墨箔片制备三维石墨烯的方法，包括如下步骤：

1)备料：将石墨电极、金属铂片、直流稳压电源、去离子水、硫酸盐、甲醛溶液、铁架台和导电夹子准备好备用；

2)配制电剥离液：称取步骤1)中所述的硫酸盐、甲醛溶液和去离子水，配制成0.1M硫酸盐和0.05M甲醛电化学剥离石墨烯电剥离液；