[发明专利]多孔石墨烯材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种多孔石墨烯材料及其制备方法和应用。本发明提供了一种多孔石墨烯材料的制备方法，其包括以下步骤：将石墨烯基堆积体与酸溶液混合，得到多孔石墨烯材料即可；所述酸溶液中的酸为硫酸和/或磷酸，所述酸溶液中的酸的总质量占所述酸溶液的总质量的75～100％。本发明的制备方法具有普适性，原料简单易得、通过一步酸溶液处理方法直接得到多孔石墨烯材料，制备简便，生产成本低、有利于大规模制备。本发明制得的多孔石墨烯具有孔径分布宽、孔径大、孔隙率高、比表面积大的特点，可用于金属离子的吸附载体、有机溶剂的吸附载体、气体的吸附载体、负载金属纳米颗粒的载体和负载催化剂的载体等，具有重大的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种多孔石墨烯材料及其制备方法和应用。

背景技术

石墨烯(Graphene)具有真正的单原子层厚度和严格的二维结构，具有很高的机械强度，弹性，导热性，导电性，以及量子霍尔效应等，近年来引起了学术界和工业界的广泛关注。从实际应用角度考虑，将纳米石墨烯片状材料转变为宏观多孔结构材料无疑是非常有价值的研究方向。因为石墨烯材料的多孔性会赋予其更多的可应用性，已经有大量的研究针对宏观石墨烯结构材料的制备。目前制备这种宏观多孔石墨烯材料的方法多通过自组装方法加以超临界干燥法或冷冻干燥法等条件较为苛刻且时间较长的方法得到，或在催化剂模板上通过物理化学沉积法等成本较高、条件苛刻的方法得到，因此在应用上有很大的困难。

因此一种统一而又简便的制备多孔石墨烯材料的方法有待开发，以便更好的大规模应用。

而制备石墨烯基堆积体的方法则是多种多样，简便易得。例如，氧化石墨烯通过还原自组装塌缩法[发明专利，申请公布号CN103966699A]或湿纺沉淀法[发明专利，申请公布号CN102586946A]可以得到一维石墨烯纤维状堆积体；通过抽滤组装法[Dikin DA,etal.Nature,2007,448,457-460]或界面模板组装法[Chen C,etal.Advanced Materials,2009,21,3007-3011]以及通过一定的化学还原辅助法[Pei S,etal.Carbon,2010,48,4466-4474]得到二维石墨烯膜状堆积体；通过模板自组装塌缩法[Tao Y,etal.ScientificReports,2013,3,2975]可以得到三维石墨烯块体堆积体等等。

综上，寻找一种简便的、适合于工业化生产的多孔石墨烯材料的制备方法，并且制得孔径分布宽、孔隙率高、比表面积大、工业应用价值高的石墨烯，是目前急需解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术中多孔石墨烯材料制备工艺复杂以及后处理难以规模化的缺陷，而提供了一种多孔石墨烯材料及其制备方法和应用。本发明的制备方法操作简单，切实可行，具有广泛的普适性。利用本发明所述的方法制备得到的多孔石墨烯材料，为多孔结构，同时微米级孔径分布比例高、孔隙率高、比表面积大，具有良好的应用价值。

本发明提供了一种多孔石墨烯材料的制备方法，其包括以下步骤：将石墨烯基堆积体与酸溶液混合，得到多孔石墨烯材料即可；所述酸溶液中的酸为硫酸和/或磷酸，所述酸溶液中的酸的总质量占所述酸溶液的总质量的75～100％。

本发明中，所述酸溶液是由硫酸和/或磷酸所形成的混合溶液。所述酸溶液中的溶质是指硫酸和/或磷酸。所述酸溶液的溶剂可为本领域常规的溶剂，例如水、醇类溶剂和腈类溶剂中的一种或多种。

其中，所述醇类溶剂可为本领域常规的醇类溶剂，例如乙醇。

其中，所述腈类溶剂可为本领域常规的腈类溶剂，例如乙腈。

本发明中，所述酸溶液中的酸优选为硫酸。