[发明专利]一种高分子改性石墨烯海绵的制备方法

说明书

本发明公开了高分子改性石墨烯海绵的制备方法，主要采用水热法将氧化石墨烯的羟基基团和富含氨基的高分子聚合物进行反应后制得，制备步骤简单，成本低廉，制得的高分子改性石墨烯海绵具有丰富的孔道结构，压缩性能和恢复性能较高。

技术领域

本发明公开了一种高分子改性石墨烯海绵的制备方法，尤其涉及一种可高度压缩的高分子改性石墨烯海绵的制备方法，属于功能材料领域。

背景技术

自2004年石墨烯以机械剥离的方式被制备出来以后，其优异的物理化学性质，如：高比表面积、显著的电学性质和电子传输性能、前所未有的柔韧性和抗渗性、强机械强度和优异的导热和导电性，成为材料领域研究的热点。然而，石墨烯分子之间存在着较强的π-π作用力及范德华力，二维的石墨烯纳米片之间极易因吸附团聚而重新回到石墨相，严重影响其性质和应用。因此，要充分发挥并利用石墨烯的性能并将其应用到实际领域中，需要将其组装成宏观体。

石墨烯海绵就是一种由二维石墨烯纳米片搭接构筑而成的三维宏观体，这种新型复合材料不仅可以阻碍石墨烯片层之间的团聚，有效发挥石墨烯纳米片的优良性能，而且赋予石墨烯海绵新的性质。与纤维、薄膜等其他石墨烯宏观体相比，石墨烯海绵具有更高的比表面积、超轻的质量、高孔隙率及多尺度的孔径结构、超弹性等特点。同时石墨烯海绵还是良好的基底，可以通过化学沉积、电镀等方式在其表面和内部负载上各种纳米填料从而制备成多功能石墨烯复合海绵，带来更多结构、性能变化。通常，各种方法制备出的石墨烯海绵性能各有不同，能够满足不同的应用领域，诸如水处理吸附材料、空气净化材料、电磁波屏蔽材料、超级电容器、锂电池、燃料电池等。

2014年清华大学石高全课题组(Li Y,Chen J,Huang L,et al.Highlycompressible macroporous graphene monoliths via an improved hydrothermalprocess[J].Advanced Materials,2014,26(28):4789-4793.)发现在氧化石墨烯溶液中加入正己烷后，再进行水热法反应可以得到具有弹性的石墨烯海绵。

2015年南开大学陈永胜课题组(Wu Y,Yi N,Huang L,et al.Three-dimensionally bonded spongy graphene material with super compressiveelasticity and near-zero Poisson's ratio[J].Nature communications,2015,6:6141.)将氧化石墨烯分散在乙醇溶液中，水热法得到的石墨烯海绵具有超高弹性，在空气氛围中可压缩至98％，液相中可压缩至90％后，仍能恢复原状，操作温度范围在-196～900℃。

中国申请专利201410510231.7公开了一种石墨烯海绵及其制备方法，主要将氧化石墨烯溶液与正己烷的混合溶液经冷冻干燥和退火后制得高弹性的石墨烯海绵，该石墨烯海绵在压缩到自身体积的10％时仍然能恢复原状，重复500次压缩到自身体积的50％后，海绵结构完整。中国专利201310028166.X公开了一种简单易行，成本非常低的制备大面积石墨烯海绵的方法。利用喷枪将氧化石墨烯悬浮液喷在加热的衬底上，再进行还原后得到石墨烯海绵。

迄今为止，尚未见以多元胺为原料，采用水热法直接合成高分子改性石墨烯海绵的报道。

发明内容

本发明提供了一种高分子改性石墨烯海绵的制备方法，该制备方法简单易行，石墨烯用量较少，制备成本较低，同时可通过调节多元胺聚合物的分子量实现高分子改性石墨烯海绵的结构可控制备。所制得的高分子改性石墨烯海绵孔道丰富，比表面积较高，具有优异的吸附性能。