[发明专利]一种多孔层状石墨烯框架材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种多孔层状石墨烯框架材料及其制备方法和应用。该方法包括如下步骤：氧化石墨烯三维结构体与双氨基聚醚胺在一定温度下反应一定时间，通过过滤‑洗涤除去未反应的聚醚胺，干燥后得到多孔层状石墨烯框架材料。与现有技术相比，本发明所涉及原材料价格低廉，反应条件温和，工艺简单。本发明所得的多孔层状石墨烯框架材料具有均一、可控的微孔/介孔孔道，可用于生物检测、化学催化、电化学储能、气体存储和气体分离、废水处理和环境保护等多个领域。

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及多孔层状石墨烯框架材料及其制备方法。具体为在氧化石墨烯三维结构体中加入双氨基聚醚胺，在一定温度下反应一定时间，通过过滤-洗涤除去未反应的聚醚胺得到湿态多孔层状石墨烯框架材料，干燥后得到干态多孔层状石墨烯框架材料。

背景技术

多孔材料是一类由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的材料。由于具有特殊的多孔性结构,多孔材料通常具有高比表面积、高孔隙率、高透过性、高吸附性、可组装性、孔尺寸可调控性以及结构多样性等特点。这使得多孔材料在催化剂及其载体、吸附与分离、气体存储、环境治理等诸多领域有着广泛的应用，在工业界和学术界都引起了极大的关注。

石墨烯自2004年被首次被发现以来就凭借其优良的电学、光学、热力学等性能在电子器件、导电油墨、透明导电膜以及聚合物复合物等领域着广泛的应用前景。将单层的石墨烯片层组装成多孔网络结构，可以有效地抑制石墨烯片层的聚集，从而得到高比表面积的石墨烯多孔材料。目前研究最多的石墨烯多孔材料是石墨烯气凝胶，已有大量关于石墨烯气凝胶的报道，石墨烯气凝胶具有高导电性、高比强度、低密度、高孔隙率等特点，被广泛用于电化学、气体/小分子吸附、锂离子电池和燃料电池等领域。但石墨烯气凝胶存在的问题是：孔结构不均匀、孔尺寸分布非常宽，而且这些孔绝大部分是尺寸非常大的超大孔（ 1微米），微孔和介孔（ 5纳米）所占的比例非常小。同时，石墨烯气凝胶的孔壁通常由多层石墨烯堆叠而成的类石墨微片构成，没有发挥出单层石墨烯的高比表面积优势，导致整个石墨烯气凝胶的比表面积很难做的非常高。此外，在石墨烯气凝胶中，石墨烯片层以近似无规排列的方式堆砌，导致所得材料的孔道无规分布，规整性较差。这些问题大大限制了石墨烯气凝胶在多个领域的应用。因此，如何提高石墨烯片层排列的有序性和纳米孔道的均一性与规则性，制备石墨烯微孔/介孔材料，成为亟待解决的一大难题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有石墨烯多孔材料孔径大、孔径分布宽、孔道排列规整性差的问题，提供一种多孔层状石墨烯框架材料的制备方法。本发明制备的多孔层状石墨烯框架材料具有均一、可控的微孔/介孔孔道，可用于生物检测、化学催化、电化学储能、气体存储和气体分离、废水处理和环境保护等多个领域。本发明方法具有原材料价格低廉，反应条件温和，工艺简单的特点。

本发明提出的一种多孔层状石墨烯框架材料，所述多孔层状石墨烯框架材料由周期性平行排列的石墨烯片层和层间链接两个相邻片层的双氨基聚醚胺分子链以及微孔/介孔孔道构成，其中：石墨烯片层与双氨基聚醚胺的质量比为100: 10~500，微孔/介孔孔道的尺寸为0.5-50纳米。

本发明中，微孔/介孔孔道的尺寸可以通过调节聚醚胺的分子量、含量和构象实现精确可控调节。

本发明提出的多孔层状石墨烯框架材料的制备方法，具体步骤如下：

（1）：在氧化石墨烯三维结构体的水悬浮液中加入双氨基聚醚胺，混合均匀后，于25-100℃加热条件下反应2-72小时，得到混合悬浮液；双氨基聚醚胺与氧化石墨烯三维结构体的质量比为0.1~50 : 1；

（2）：将步骤（1）得到的混合悬浮液经过滤-洗涤除去未反应的双氨基聚醚胺，得到湿态多孔层状石墨烯框架材料；

（3）：将步骤（2）得到的湿态多孔层状石墨烯框架材料进行喷雾干燥、冷冻干燥、超零界干燥或真空干燥中的任一种，得到干态多孔层状石墨烯框架材料。