[发明专利]一种超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉、制法及其应用

说明书

本发明公开了一种超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉、其制备方法与应用。所述超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉包括：氧化硅纳米粒子，以及由石墨烯片层构成的连续的三维多孔网络结构；三维多孔网络结构包括微孔、介孔和宏孔，氧化硅纳米粒子至少分布在石墨烯片层的两侧面。超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉的制备方法包括：提供块体石墨烯水凝胶，获得石墨烯醇凝胶颗粒；得到氧化硅杂化的石墨烯醇凝胶颗粒；获得超疏水氧化硅杂化石墨烯醇凝胶颗粒；获得超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉。较现有技术，本发明超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉，尺寸小、密度低，具有优异的疏水性及化学稳定性，制备工艺简单、反应条件温和可控，应用前景广泛。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯气凝胶微粉，尤其涉及一种超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉、制法及其应用，属于纳米多孔材料技术领域。

背景技术

气凝胶的产生起源于上世纪三十年代，由美国加州太平洋大学化学家Sterven.S.Kistler无意中发明的一种物质，俗称“冷冻烟雾”，是将硅胶中的水提取出来，然后用诸如二氧化碳之类的气体取代水的方法制成的。作为一种高度多孔性的纳米材料，气凝胶是目前世界上质量最轻、隔热性能最好的固体材料。经过八十多年的发展，气凝胶材料已逐步实现商业化，在诸多领域有着重要的应用。石墨烯气凝胶因为有着高比表面积、高孔隙率、低密度，高电导率等优点，在储能、催化、吸附、传感等领域有着广阔的应用前景。目前对石墨烯气凝胶的研究大多局限于宏观块体，对石墨烯气凝胶微粉的研究报道相对较少。块体石墨烯气凝胶往往柔韧性不好，难以加工成不同形状应用于各种不同的场合，并且难以一次性得到大块的石墨烯气凝胶，生产成本较高。而石墨烯气凝胶微粉，在保留高比表面积、高孔隙率、质轻等特性的同时，具有较小的尺寸可以应用在药物载体、相变材料载体、吸附等领域，也可以作为填料易于与高分子等其它材料进行混合加工成不同的形状和尺寸，扩展了石墨烯气凝胶的应用范围。

通过直接粉碎石墨烯气凝胶块体可以获得石墨烯气凝胶微粉，但是这种方法极容易破坏石墨烯气凝胶原有的骨架结构，难以保持原有的高比表面积、高孔隙率等特性，得到的石墨烯气凝胶微粉性能也比较差。因此，如何在保存气凝胶多孔结构的同时得到高比表面积石墨烯气凝胶微粉是一大丞需解决的难题。但是，即便获得了高比表面积的石墨烯气凝胶微粉，如果不经过疏水改性，长时间暴露于空气中石墨烯气凝胶微粉会因为吸湿而相互团聚，逐渐损失比表面积和孔隙率，使得原有的性能大幅度下降。由于石墨烯片层的独特性质，对石墨烯气凝胶进行疏水化改性并不容易。相比来说，氧化硅气凝胶的疏水化改性已经发展的比较成熟，如果对石墨烯气凝胶微粉进行氧化硅杂化，则可以通过改性氧化硅来获得超疏水的气凝胶微粉。例如，专利CN 104860304 A采用氧化石墨烯分散液直接与硅氧烷混合后高温还原的方法制备了氧化硅杂化石墨烯气凝胶，目的是提高杂化石墨烯气凝胶的比表面积。但是在该方法中，氧化石墨烯片层与硅氧烷极易混合不均匀导致石墨烯片层之间搭接不连续，会有团聚的氧化硅颗粒夹杂在石墨烯片层之间，不能形成连续的石墨烯网络结构，导致最终得到的气凝胶电导率下降，并且专利CN 104860304 A并没有提出可以制备超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉的有效方案。

鉴于对质轻、高比表面积、高孔隙率、低生产成本、高的形状可塑性及超疏水的石墨烯气凝胶微粉材料的需求，迫切需要并提出一种结构与性能新颖的杂化石墨烯气凝胶微粉及制备方法，来达到工艺简单、周期短、成本低的目的，充分发挥气凝胶材料的优势，将气凝胶的应用推向一个新高度，进而满足社会发展对多功能一体化新材料的需求。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉、制法及其应用，以克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉，包括：氧化硅纳米粒子，以及，由石墨烯片层构成的连续的三维多孔网络结构；所述三维多孔网络结构包括微孔、介孔和宏孔，所述氧化硅纳米粒子至少均匀分布在所述石墨烯片层的两侧表面上。