[发明专利]一种多孔石墨烯及磁场环境下的制备方法

说明书

本发明属于石墨烯制备技术领域，具体涉及一种多孔石墨烯及磁场环境下的制备方法。本发明以二茂铁或二茂镍或二茂钴为催化剂前驱体，经低温水热处理，在永磁体提供的磁场中，实现二茂铁或二茂镍或二茂钴与氧化石墨烯的含氧官能团结合并进行锚定，经过碳化热处理，二茂铁还原成为铁纳米颗粒，同时铁纳米颗粒会刻蚀石墨烯中的碳原子，在石墨烯片层上留下孔洞，经酸洗后形成多孔石墨烯。本发明制得的多孔石墨烯孔径均一，并可根据需要在几纳米至几百纳米范围内调整，孔径分布范围大，该方法工艺简单、制备效率高、成本低廉、适于大规模工业生产。

技术领域

本发明属于石墨烯制备技术领域，具体涉及一种多孔石墨烯及磁场环境下的制备方法。

背景技术

石墨烯是在2004年发现的，一经公布立即受到科学界广泛的关注。石墨烯是紧密堆积成二维六方蜂窝状晶格结构的单层碳原子，是目前已知最薄的材料。石墨烯特殊的六方蜂窝结构蕴含了丰富而新奇的物理现象，其不仅有优异的电学性能(室温下电子迁移率可达2×10⁵cm²·V^-1·s^-1)、突出的导热性能(5000W·m^-1·K^-1)、超高的比表面积(2630m²·g^-1)，同时其杨氏模量(1100GPa)和断裂强度(125GPa)也可以和纳米管媲美。此外，它还具有的独特的物理性质，如完美的量子隧道效应、半整数量子霍尔效应和永不消失的电导率等。可以预见石墨烯在未来的纳米电子器件与集成电路、柔性电子器件、超高灵敏传感器等新型电子器件、复合材料、涂料、太阳能电池、超级电容、锂离子电池和储氢材料等方面具有广泛的应用前景。目前已有大量企业进入石墨烯相关产品的开发和销售领域。

然而由于石墨烯片层间高的范德华力和很强的π-π作用力，导致其在制备过程中，即使无外力作用，也很容易团聚，从而使其表面积不能充分利用；因此将其表面暴漏出来对于充分发挥石墨烯材料性能尤为重要。多孔石墨烯就是在石墨烯的片层中通过物理或化学的方法制造的具有纳米尺寸的孔洞，从而有效的解决石墨烯团聚、表面积不能充分利用等缺陷，充分发挥这种二维纳米片层材料的优势，有效提高物质与能量在石墨烯材料中的迁移率；因此，多孔石墨烯更适宜作为能源、催化或者吸附材料，从而大幅提高各种应用多孔石墨烯材料器件的性能。

目前关于多孔石墨烯的制备方法已报道的有：1)强酸氧化后还原，包括化学还原和热还原；2)金属或金属氧化物纳米颗粒的热还原，并经过酸洗去除造孔剂；3)氢氧化钾等活化剂造孔；4)激光造孔；5)气相沉积到多孔基体上直接得到多孔石墨烯，其他方法。但这些方法提供的孔径范围小，不均一，过程复杂且不可调控，操作成本高。

发明内容

为解决现有技术工艺复杂且制备过程基本不可控，制得的多孔石墨烯孔径范围非常小，成品的缺陷也较多的问题，本发明提供了一种多孔石墨烯及磁场环境下的制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种多孔石墨烯，通过以下步骤制得：

步骤1，将二茂铁、二茂钴或二茂镍与乙醇溶液搅拌溶解，再加入氧化石墨烯水溶液，超声分散后于反应釜中反应，反应釜中预先竖直地放置一块永磁体；

步骤2，将在反应釜反应后的产物抽滤，乙醇洗至无色，冷冻干燥，将产物移至炭化炉热处理；

步骤3，将热处理后的产物用稀酸溶液洗涤，搅拌并抽滤，再用水洗至中性，干燥后得到多空石墨烯。

进一步，所述步骤1中二茂铁、二茂钴或二茂镍在乙醇溶液中的浓度为0.1～5mg/mL；

所述氧化石墨烯水溶液中氧化石墨烯的浓度为1～20mg/mL；

所述氧化石墨烯与二茂铁、二茂钴或二茂镍的质量比为1:0.01～2；