[发明专利]一种条带状氧化石墨烯作为粘结剂制备生物质基膜的方法

说明书

本发明公开了一种条带状氧化石墨烯作为粘结剂制备生物质基膜的方法，属于柔性材料技术领域。以一维管状生物质为碳源，经过碳化煅烧、活化煅烧及水热氧化工艺获得生物质碳管材料，再以少量条带状氧化石墨烯为粘结剂，通过空间自组装、还原处理制得生物质碳基复合薄膜。本发明制备的复合薄膜利用一维管状纤维阻碍石墨烯团聚，同时构建层间快速的离子传输通道，用于柔性超级电容器电极，实现3D离子扩散通道、整体导电网络、储能空间等功能的集成化，可有效提高柔性超级电容器的电化学性能。

技术领域

本发明涉及柔性膜材料技术领域，更具体地说是涉及一种条带状氧化石墨烯作为粘结剂制备生物质基膜的方法。

背景技术

随着科学技术的快速发展，智能可穿戴电子产品正逐步实现导航、通讯、运动监控、健康监测等各类功能应用。然而，随着电子产品应用功能的不断丰富使其能耗变得越来越大，同时要求与之匹配的储能器件应具有高的柔性可与其集成一体，为其提供电力支撑。

石墨烯(Graphene)因其电导率好、比表面积高、机械性能强以及易加工成膜等特点，被认为是一种极具潜力的柔性电极材料。然而，石墨烯直接用于柔性电极时同样面临一些关键技术壁垒：(1)由于石墨烯层间具有较强的分子间范德华力，石墨烯片层在成膜和电化学充/放电过程中极易团聚，阻碍电解液离子在石墨烯层间(横向)的扩散；(2)由于负载量的增加延长了电解液离子在垂直石墨烯片层方向(纵向)上的扩散距离，制约了电解液离子在纵向上的扩散，导致电荷存储能力降低。而且石墨烯合成成本较高也极大地限制了其商业化应用。

生物质衍生碳因其具有比表面积高、丰富的孔结构、环境友好、价格低廉等特点，可作为理想的超级电容器电极材料。然而，目前生物质基活性碳多以粉末状态存在，无法直接用于柔性电极，极大地限制其在柔性可穿戴储能器件领域的应用。

因此，如何将粉末状生物质碳制备成高性能生物质碳基复合材料应用于柔性电极，为亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种条带状氧化石墨烯作为粘结剂制备生物质基膜的方法，以一维管状的生物质为碳源，条带状氧化石墨烯为粘结剂，通过空间自组装、还原处理制得，并应用于柔性超级电容器电极。解决了粉末状生物质碳材料不能直接用于柔性电极的问题，并拓宽了生物质碳基材料在柔性储能器件领域的应用，促进植物资源材料的高效利用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种条带状氧化石墨烯作为粘结剂制备生物质基膜的方法，具体包括下述步骤：

1)生物质碳管的制备：一维管状的生物质在500～1000℃进行碳化锻烧得生物质碳前体，生物质碳前体与氢氧化钾按质量比(1～3):(1～4)混合均匀后在700～1000℃活化锻烧，得到样品A，样品A与混合液B按料液比0.2～2mg mL^-1混合得样品C，混合液B包括去离子水和质量分数为68％的硝酸，体积比(1～10):(1～2)，样品C在70～200℃水热氧化处理，冷却至室温后抽滤，去离子水洗涤至中性，经70～100℃干燥10～14h得到生物质碳管材料；

一维管状的生物质进行碳化锻烧的温度进一步优选为700～1000℃，更进一步优选为800℃。

生物质碳前体与氢氧化钾按质量比进一步优选为1：(1～4)，更进一步优选为1:2.

700～1000℃活化锻烧进一步优选为800～1000℃，更进一步优选为900℃。

料液比进一步优选为0.8-1.2mg mL^-1，进一步优选为1mg mL^-1。

混合液B包括去离子水和质量分数为68％的硝酸，体积比进一优选为(2～5)：1，更进一步优选为3:1.

水热氧化处理温度进一步优选为100～150℃，更进一步优选为120℃。