[发明专利]一种多孔还原氧化（碳纳米管/石墨烯）纳米材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种新型的多孔还原氧化(碳纳米管/石墨烯)纳米材料及其制备方法和应用。本发明首先将碳纳米管和石墨混合；然后通过改进的Hummers方法和化学还原的方法制备了多孔还原氧化(碳纳米管/石墨烯)混合体系；进一步地，采用具有π键的有机物作为稳定剂，通过共轭效应对碳纳米管和石墨烯表面进行有机修饰，得到能稳定分散于有机溶剂中的多孔、多维的还原氧化(碳纳米管/石墨烯)纳米材料。该纳米材料具有多孔、多维(一维碳纳米管和二维石墨烯)、大比表面积、能在有机溶剂中稳定分散等特点，可以用作催化剂载体，或用于制备电极材料和电磁波吸收材料。

技术领域

本发明涉及一种多孔还原氧化(碳纳米管/石墨烯)纳米材料及其制备方法和在催化剂、电极材料和电磁吸收材料中的应用。

背景技术

近年来，由于具有质量轻、比表面积大、电导率高且可调、化学稳定性优异等优点，石墨烯和碳纳米管等纳米碳基材料正逐渐成为纳米材料的研究热点，并广泛应用于催化剂载体和电磁功能材料等领域。石墨烯是由单层碳原子结合成的二维蜂窝状晶格材料，具有超薄厚度(0.34nm)，被称为世界上最薄的材料，具有极高的比表面积、力学性能和电导率等。碳纳米管是管状的一维碳纳米结构，可以看成是由石墨烯片层按一定方式卷曲得到，同样具有优异的力学、电学和化学等性能。

然而，石墨烯和碳纳米管在实际应用中极易堆叠和缠结，导致严重团聚，降低其比表面积、力学性能和电磁性能等。为了解决这个问题，通常采用对石墨烯和碳纳米管进行有机改性。其中最常用的共价键改性确实可以有效地提高其分散性，但是不可避免地降低其电导率，影响其在电极材料和电磁吸收材料中的应用；而非共价键改性可以在一定程度上提高其分散性，同时保持其具有较高的电导率。另外，也有学者将碳纳米管直接加到还原氧化石墨烯中，也能在一定程度上抑制石墨烯的团聚，制备碳纳米管/还原氧化石墨烯纳米材料，用于电极材料等。但是，目前这些技术手段在解决石墨烯的团聚问题方面效果有限，得到的石墨烯、碳纳米管或碳纳米管/石墨烯纳米材料还难以满足制备电极材料和电磁吸收材料所需的多孔、多缺陷的要求。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种由多孔还原氧化(碳纳米管/石墨烯)纳米材料及其制备方法。

本发明的另一目的是将上述一种多孔还原氧化(碳纳米管/石墨烯)应用于电极结构、电磁吸收材料及催化剂载体。

本发明涉及一种新型的多孔还原氧化(碳纳米管/石墨烯)纳米材料及其制备方法和应用。本发明首先将碳纳米管和石墨混合；然后通过改进的Hummers方法和化学还原的方法制备了多孔还原氧化(碳纳米管/石墨烯)混合体系；进一步地，采用具有π键的有机物作为稳定剂，通过共轭效应对碳纳米管和石墨烯表面进行有机修饰，得到能稳定分散于有机溶剂中的多孔、多维的还原氧化(碳纳米管/石墨烯)纳米材料体系或粉末。该纳米材料具有多孔、多维(一维碳纳米管和二维石墨烯)、大比表面积、能在有机溶剂中稳定分散等特点，可以用作催化剂载体，或用于制备电极材料和电磁波吸收材料。

本发明的创新点包括以下几个方面：(1)将碳纳米管和石墨混合物作为原材料，通过改进的Hummers方法和化学还原的方法，制备了多孔还原氧化(碳纳米管/石墨烯)，碳纳米管和石墨同时氧化以及随后的同时透析过程促进了还原后的一维碳纳米管和二维石墨烯的相互充分交织，有效地避免了团聚；(2)采用具有π键结构的有机物作为稳定剂，通过共轭效应对上述多孔还原氧化(碳纳米管/石墨烯)的表面进行有机修饰；(3)一维碳纳米管和二维石墨烯通过相互充分交织作用，以及具有π键结构的有机物稳定剂对碳纳米管和石墨烯的共轭作用，这两种作用的有效协同，导致所述还原氧化(碳纳米管/石墨烯)纳米材料不团聚，从而具有较大的孔体积(1～5cm³/g)和孔径分布(1～100nm)，并能稳定分散于有机溶剂中或聚合物基体中。