[发明专利]一种石墨烯膜电极材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种石墨烯膜电极材料的制备方法，步骤如下：第一步：利用改进的Hummers法，制备得到浓度为3～6mg/mL的氧化石墨烯水溶液；第二步：将上述氧化石墨烯水溶液与不同浓度的草酸水溶液等体积混匀，倒入聚四氟乙烯容器中冷冻干燥，压制成膜，得到氧化石墨烯膜；第三步：将第二步得到的氧化石墨烯膜转移到盛有适量草酸饱和溶液的聚四氟乙烯容器中，在140～180℃下，水热反应8～14小时，室温冷却，洗涤，干燥，得到石墨烯膜电极材料。本发明方法条件温和，操作简单、环境友好。所制备的石墨烯膜作为对称或者非对称超级电容器电极便于电解质在其内部扩散，且循环使用寿命长。

技术领域

本发明涉及膜电极材料，特别涉及一种石墨烯膜电极材料的制备方法。

背景技术

石墨烯，是一种单分子层二维晶体，由sp²杂化碳原子组成。自从2004年Geim课题组发现石墨烯以来，由于其同时具有惊人的迁移率、媲美ITO的透光性、高超的机械强度、较大的比表面积和热导率等众多诱人的性质，激发了人们极大的研究兴趣，在能源、生物、医学、传感等多个领域得到广泛的研究和应用。在电化学电容器储能方面，石墨烯，特别是石墨烯膜，作为电容器电极材料具有潜在的理论研究和实际应用价值。

目前多种方法制备石墨烯膜电极材料，抽滤法(Carbon,2012,50,1135.)是制备石墨烯膜的常用方法，但是该方法所制备的石墨烯膜的大小受漏斗尺寸的限制，而且所制备的石墨烯膜的结构比较致密。另外，自组装法、滴涂法、旋涂法、喷涂法、喷墨打印法、静电纺丝法、直接冷冻干燥氧化石墨烯溶液压制成膜等方法(Advanced materials,2009,21,3007；Nano Lett.,2011,11,2905；Nano Lett.,2007,7,3394；Electrochem Commun.,2011,13,355；Nat.Nanotechmol.,2009,4,25；J.Phys.Chem.C,2012,116,14780；)用来制备石墨烯膜电极材料，然而制备得到的紧密堆积结构的石墨烯膜限制了电化学过程中电解质的扩散，使得石墨烯电极材料的有效比表面积降低，从而影响其电容性能和大规模的商业应用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种操作简单，成本低，环境友好、可大规模生产的石墨烯膜电极材料的制备方法；所制备的石墨烯膜作为超级电容器电极便于电解质在其内部扩散，且循环使用寿命长。

本发明提供的一种石墨烯膜电极材料的制备方法，包括如下步骤：

第一步：利用改进的Hummers法，制备得到浓度为3～6mg/mL的氧化石墨烯水溶液。

第二步：将上述氧化石墨烯水溶液与草酸水溶液(12～50mg/mL)等体积混匀，倒入聚四氟乙烯容器中冷冻干燥，压制成膜，制备得到氧化石墨烯膜；该步骤中草酸溶液在冷冻干燥过程中形成草酸微晶均匀的分散于氧化石墨烯骨架中，有效避免了冷冻干燥的氧化石墨烯在压制过程中出现堆叠现象。

第三步：将第二步得到的氧化石墨烯膜转移到盛有适量草酸饱和溶液的聚四氟乙烯容器中，在140～180℃下，水热反应8～14小时；室温冷却，洗涤，干燥，得到石墨烯膜电极材料。

以上第二步中，聚四氟乙烯容器可以用塑料容器或者玻璃容器代替，容器应为平底容器。

第三步中，水热反应温度优选160℃，反应时间优选12小时。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、氧化石墨烯和草酸溶液同时冷冻干燥，草酸溶液在冷冻干燥过程中形成草酸微晶均匀的分散于氧化石墨烯骨架中，手压成膜，解决了传统方法，特别是直接压制石墨烯或者氧化石墨烯凝胶制备石墨烯膜导致其片层堆叠的现象，提高了电极材料的有效比表面积的利用，增强其电容性能。