[发明专利]多孔石墨烯衍生物及其制备方法

说明书

本发明提供一种多孔石墨烯衍生物及其制备方法，属于石墨烯材料技术领域。在缓冲溶液中，将石墨烯衍生物与生物降解物分散混合，在能够满足所述生物降解物活性的温度、压力环境下，搅拌预定时间；得到的混合物依次经离心洗涤和干燥步骤，得到多孔石墨烯衍生物。通过生物降解的手段制得具有不同孔洞大小、不同孔洞分布、不同孔洞含量、不同含氧官能团的多孔石墨烯衍生物，该工艺流程简单安全，在常温常压下进行，对设备要求低，绿色环保，稳定可控，适合大规模生产多孔石墨烯衍生物。

技术领域

本发明属于石墨烯材料技术领域，具体涉及一种多孔石墨烯衍生物及其制备方法。

背景技术

石墨烯衍生物（如氧化石墨烯、碳纳米管等）具有优异的导电导热性、良好的热稳定性、高强度等性质，在电子、传感器和能量储存等方面具有重要的应用前景。石墨烯（Graphene）是由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。完美的石墨烯具有理想的二维晶体结构，由六边形晶格组成，理论比表面积高达2.6×10² m²/g。石墨烯具有优异的导热性能(3×10³ W/(m•K)和力学性能(1.06×10³GPa)。此外，石墨烯稳定的正六边形晶格结构使其具有优良的导电性，室温下的电子迁移率高达1.5×10⁴ cm²/(V·s)。碳纳米管因其众多优点在工业发展中具有着广泛的前景，比如其导电性等于或好于铜；拉强度范围为200MPa～1GPa，且电导率大约2×10⁶ S/m；强度能与钢媲美；重量比铝更轻；这些优点展现了其在轻质导体/电缆、电磁干扰屏蔽、接地装置、光保护等方面将有极大的应用。

为了能使碳纳米管在现实生活得以真正的应用，碳纳米管必须以一个完整的、宏观的产品形式出现，尤其最好能制备出织布状与纺丝状的实际材料，即碳纳米线。石墨烯衍生物优异的性能与其比表面积、表面活性位点数量密切相关，然而，层与层之间强的π-π堆积和范德华力作用力，使得石墨烯及其衍生物倾向于形成不可逆的聚集体，甚至重新堆叠形成石墨，不仅导致其表面积显著减少，还会阻碍其他物质如电解质离子进入碳原子片层中，严重影响其性能。人们尝试在其表面建造多孔结构的方式来解决这一问题，研究发现，多孔石墨烯由于面内不同尺寸孔洞的引入，避免了团聚造成的不利影响。介孔和大孔可以促进物质的渗透和输运，而微孔则有利于比表面积的提高。纳米孔结构的引入，使得石墨烯具有高的比表面积、丰富的传质通道、可调控的能带隙、高的孔边缘活性、透气性、良好的机械稳定性以及生物化学传感等特性。此外，石墨烯基面上分布的纳米孔缺陷与金属基体形成MgO、CuO等氧化物或CrC₃等碳化物，相比于表面完整石墨烯仅在其边缘处形成少量的界面产物，多孔石墨烯能显著发挥载荷传递强化效率。因而，研究石墨烯富孔洞缺陷工程调控具有重要的理论和实际意义。

目前，石墨烯衍生物表面多孔结构的的制造方法主要有以下几种：水热法或者溶剂热法：在特定的高温高压反应釜中，利用水溶液或有机溶液作为反应体系，添加氧化剂，将其加热至一定温度，在体系中再进行材料合成的方法。光刻蚀法：利用高能的电子束、离子束或者光子束轰击石墨稀片层，用电子、离子或光子把碳原子从晶格中轰击出来，从而形成孔洞结构缺陷的方法。碳热还原法：是将石墨烯衍生物中的碳作为还原剂，还原金属氧化物得到金属单质，而碳原子在此过程中被刻蚀，从而在其片层上刻蚀出纳米级的孔隙，形成多孔结构。模板法：以具有微孔或介孔结构的有机或无机纳米材料为模板构型来控制修饰材料的形貌，从而改变材料特性的一种合成方法。湿法刻蚀法：利用蚀刻剂KOH与石墨烯衍生物之间的化学反应溶解薄膜，进而形成刻蚀，形成多孔石墨烯衍生物。化学气相沉积法（CVD）：一般是使用图案化的氧化铝对铜箔掩模，采用无障碍引导CVD刻蚀法，在铜箔表面生成多孔石墨烯衍生物。