[发明专利]一种异形多孔石墨烯及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及多孔碳材料技术领域，具体涉及一种异形多孔石墨烯及其制备方法和应用。本发明提供了一种异形多孔石墨烯，由石墨烯纳米片形成的结构单元组成，孔形貌为线型分布的蠕虫状纳米孔。本发明提供的异形多孔石墨烯具有蠕虫状超小纳米孔结构，且具有良好的导电性和较大的比表面积，在超级电容器电极材料、导电填充材料、生物传感材料和污水处理等方面具有较高的应用价值。

技术领域

本发明涉及多孔碳材料技术领域，具体涉及一种异形多孔石墨烯及其制备方法和应用。

背景技术

石墨烯具有单层蜂巢状二维平面的独特结构，展现出了非常优异的物理化学性质，比如具有非常突出的导电性能和导热性能、快速的电子迁移效率以及巨大的比表面积，石墨烯的理论比表面积可以达到2600m²/g。因此，石墨烯在复合纳米材料、场效应晶体管、光热传感器以及便携式能量转化储存器件等领域中发挥了巨大的作用。

多孔石墨烯是指在石墨烯的二维平面内具有纳米级孔洞的碳材料，多孔石墨烯能够在储能、催化等领域取得比石墨烯更加优异的效果，这使得多孔石墨烯具有更加广阔的应用前景。目前，关于多孔石墨烯的研究多集中在纳米孔大小上，且纳米孔通常为圆形，研究异形纳米孔石墨烯对探索多孔石墨烯的性能，以期进一步开拓其应用，具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种异形多孔石墨烯及其制备方法和应用，本发明提供的异形多孔石墨烯具有蠕虫状超小纳米孔结构，且具有良好的导电性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种异形多孔石墨烯，由石墨烯纳米片形成的结构单元组成，孔形貌为线型分布的蠕虫状纳米孔。

优选地，所述蠕虫状纳米孔的短轴距为1～10nm，长轴距为5～100nm。

优选地，所述结构单元由1～10层石墨烯纳米片形成。

优选地，所述异形多孔石墨烯的比表面积为10～100m²/g。

本发明提供了上述技术方案所述异形多孔石墨烯的制备方法，包括以下步骤：

将氧化石墨烯、羰基金属化合物和金属硫化物分散于溶剂中，将所得混合分散液进行溶剂热反应，得到前驱体；

在保护气氛中将所述前驱体进行碳热反应，酸洗后得到异形多孔石墨烯。

优选地，所述羰基金属化合物中的金属元素包括Ni、Co、Fe、Mn和Mo中的至少一种。

优选地，所述金属硫化物中的金属元素包括Na、Fe和Cu中的至少一种。

优选地，所述氧化石墨烯、羰基金属化合物和金属硫化物的质量比为1：(0.5～5)：(0.4～0.6)。

优选地，所述溶剂热反应的温度为160～300℃，时间为2～6h；

所述碳热反应的温度为500～1200℃，保温时间为2～6h。

本发明提供了上述技术方案所述异形多孔石墨烯或上述技术方案所述制备方法制备得到的异形多孔石墨烯在超级电容器电极材料、导电填充材料、生物传感材料或污水处理中的应用。

本发明提供了一种异形多孔石墨烯，由石墨烯纳米片形成的结构单元组成，孔形貌为线型分布的蠕虫状纳米孔。本发明提供的异形多孔石墨烯具有蠕虫状超小纳米孔结构，且具有良好的导电性和较大的比表面积，在超级电容器电极材料、导电填充材料、生物传感材料和污水处理等方面具有较高的应用价值。